CN110421160A - 一种内通道件快速成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种内通道件快速成形方法，属于材料成形制造领域，可解决复杂结构内通道件成形困难的问题。该方法主要包括前期原材料的选择和制备、粉末烧结、热等静压和后期精加工等步骤。该方法是一种在热等静压的基础上进行改进的先进工艺，先粉末烧结制坯再热等静压致密化，体现出快速成形的特点。该方法同时实现粉末烧结和扩散连接，具有多种优点：成形的零件强度及精度高、性能优异、连接界面好，成形周期短、材料利用率高、成本低，能很好地满足内通道件的各种要求，用于成形复杂结构内通道件优势明显。该方法因具有可设计性而有较强的适用性，可以推广到其它含有内部特征的零件中，具有良好的应用前景。

Description

一种内通道件快速成形方法
技术领域
本发明属于材料成形制造领域，特别是涉及内通道件成形方面，也可以推广应用到其它具有内部特征的零件中。
背景技术
航天微小卫星推进器领域由于管路集成化对高集成度复杂结构的内通道件需求迫切。内通道件是一种内部流道结构复杂，有较高的强度、精度要求以及内通道光洁性、洁净性、气密性等性能要求的零件，因其全封装的特点，一般采用先成形流道后材料连接的成形工艺，这给现有的成形技术带来了极大的困难：内通道结构复杂，包含在零件内部，其尺寸小、深度深，常规机加工方法无法成形；采用分体制造并扩散焊连接的方法不仅机加工繁琐，工艺复杂，精度低，而且由于存在对接误差会产生漏气问题，无法满足气密性要求；3D打印的零件内通道中不可避免地存在粉末颗粒，无法满足清洁性要求，而且其成本也较高。
基于上述成形难题，本发明提出了一种内通道件快速成形方法：首先将粉末填充到装配管的固体块上，再粉末烧结制坯，最后热等静压致密化，与粉末填充到装配管的固体块上直接进行热等静压相比，减少了包套制备和焊接等繁琐的过程，又同时成形流道和实现连接，可缩短周期、降低成本，体现出快速成形的特点；又在其基础上发挥了其以固体为支撑物、以粉末为填充物，可以对零件内部进行结构设计的优点。该技术将粉末与固体连接成整体来成形零件，同时实现粉末烧结和扩散连接，具有多种优点：成形零件缺陷少、强度高；能实现近净成形、精确成形，精度高；机加工少、材料利用率高、成形周期短、成本低；扩散连接界面性能好，连接可靠；同时以管路来保证内通道的光洁性、洁净性和气密性等性能要求。所以该技术能很好地满足内通道件的强度、精度和性能要求，优势明显。同时此技术是一种可设计化的成形方法，有较强的适用性，可以推广到其它含有内部特征的零件中，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明提供的内通道件快速成形方法包括按顺序进行的下列步骤：
(1)根据内通道件的内部通道走向设计、制备并弯制出相应的管。
(2)根据内通道件的洁净性、气密性等性能要求，先对管进行清洗、气密性检测等预处理。
(3)如对内通道清洁性要求较高，防止后续过程中有多余物进入通道中，可采用填充物堵住管口或者焊封管口。
(4)根据内通道件的内部通道位置设计制备出相应的固体支撑块。
(5)根据管的尺寸在固体支撑块表面加工出凹槽或孔，用来固定管。
(6)为了提高连接质量，可对固体支撑块待连接面进行打磨、酸洗等操作去除氧化膜。
(7)将管装配在固体支撑块对应的凹槽或孔上。
(8)根据内通道件的材料需求，制备出相应的粉末。
(9)将装配管的固体支撑块装入容器，向容器中填充粉末，并通过振动使其密实。
(10)将容器放置在粉末烧结设备中在真空气氛下烧结，使粉末初步致密化，得到形成自包套的坯块；为了取得更好的致密化效果，在烧结时可施加低压。
(11)步骤3中如果采用填充物堵住管口，应取出填充物；如果焊封管口，应切割坯块露出管口，最终使管口与外部相通。
(12)将坯块放置在热等静压设备中，在高温高压下使粉末进一步致密化，提高坯块的密度和强度，最终粉末、管与固体支撑块扩散连接成整体，将通道包含在内部。
(13)将热等静压后的坯块精加工成符合要求的内通道件。
(14)所述步骤1中管的材料、所述步骤4中固体支撑块的材料、所述步骤8中粉末的材料根据零件材料要求确定，可为同种材料，也可为异种材料，如有需要，可在管上镀层或涂层来作为中间层实现更好的连接效果。
(15)所述步骤10中粉末烧结的工艺参数为：先升温至合适的温度(一般为材料熔点绝对温度的0.67-0.80)，再保温一段时间，最后降温。如施加压力，不能压塌管；为防止粉末氧化等问题，真空度应尽可能高。
(16)所述步骤12中热等静压工艺参数为：先升温升压至合适的温度(一般为材料熔点绝对温度的0.5-0.7)和压力，再保温保压一段时间，最后降温降压。
(17)如果设备允许，烧结及热等静压两步工序可以在同一炉体进行，坯块在烧结后直接施加压力进行热等静压，其他步骤不变。这样操作可免去降温冷却和升温加热的多余操作，也可防止坯块移动时受到损坏，缩短周期并提高成品率。
(18)根据所成形的内通道件形状和内部通道走向、位置的不同，相应管和固体支撑块的形状也不同，所选用的材料和工艺参数也将根据内通道件材料的不同进行相应的调整。
本发明提供的一种内通道件快速成形方法，是在热等静压的基础上进行改进的先进工艺，先粉末烧结制坯再热等静压致密化来同时成形流道和连接材料，体现出快速成形的特点。该方法同时实现粉末烧结和扩散连接，具有多种优点：成形的零件强度及精度高、性能好、周期短、材料利用率高、成本低，能很好地满足内通道件的各种要求，优势明显。该方法因具有可设计性而有较强的适用性，可以推广到其它含有内部特征的零件中，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为采用本发明提供的内通道件快速成形方法要成形的典型内通道件示意图。
图2为采用本发明提供的内通道件快速成形方法要成形的典型内通道件内部通道示意图。
图3为采用本发明提供的内通道件快速成形方法成形典型内通道件所设计的的管路示意图。
图4为采用本发明提供的内通道件快速成形方法成形典型内通道件所设计的的固体支撑块示意图。
图5为采用本发明提供的内通道件快速成形方法成形典型内通道件时粉末烧结的整体装置结构示意图。
图中：1为要成形的内通道件；2为作为内通道的管；3为管口；4为作为支撑的固体支撑块；5为固体支撑块上支撑管的凹槽；6为固体支撑块上支撑管的孔；7为粉末；8为烧结时的容器。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明提供的内通道件快速成形方法成形典型内通道件进行详细说明。
如图1-图5所示，本发明提供的内通道件快速成形方法成形典型内通道件包括下列步骤：
(1)根据图1中内通道件1的内部通道走向(如图2所示)设计、制备并弯制出图3所示的管2。
(2)根据内通道件1的洁净性、气密性等性能要求，先对管2进行清洗、气密性检测等预处理。
(3)如对内通道清洁性要求较高，防止后续过程中有多余物进入通道中，可采用填充物堵住管口3或者焊封管口3。
(4)根据内通道件1的内部通道位置设计制备出图4所示的固体支撑块4。
(5)根据管2的尺寸在固体支撑块4表面加工出凹槽5和孔6，用来固定管2。
(6)为了提高连接质量，可对固体支撑块4待连接面进行打磨、酸洗等操作去除氧化膜。
(7)将管2装配在固体支撑块4对应的凹槽5和孔6上。
(8)根据内通道件1的材料需求，制备出相应的粉末7。
(9)如图5所示，将装配管2的固体支撑块4装入容器8，向容器8中填充粉末7，并通过振动使其密实。
(10)将容器8放置在粉末烧结设备中在真空气氛下烧结，使粉末7初步致密化，得到形成自包套的坯块；为了取得更好的致密化效果，在烧结时可施加低压。
(11)步骤3中如果采用填充物堵住管口3，应取出填充物；如果焊封管口3，应切割坯块露出管口3，最终使管口3与外部相通。
(12)将坯块放置在热等静压设备中，在高温高压下使粉末7进一步致密化，提高坯块的密度和强度，最终粉末7、管2与固体支撑块4扩散连接成整体，将通道包含在内部。
(13)将热等静压后的坯块精加工成图1所示的内通道件1。
(14)所述步骤1中管2的材料、所述步骤4中固体支撑块4的材料、所述步骤8中粉末7的材料根据零件材料要求确定，可为同种材料，也可为异种材料，如有需要，可在管2上镀层或涂层来作为中间层实现更好的连接效果。
(15)所述步骤10中粉末烧结的工艺参数为：先升温至合适的温度(一般为材料熔点绝对温度的0.67-0.80)，再保温一段时间，最后降温。如施加压力，不能压塌管2；为防止粉末7氧化等问题，真空度应尽可能高。
(16)所述步骤12中热等静压工艺参数为：先升温升压至合适的温度(一般为材料熔点绝对温度的0.5-0.7)和压力，再保温保压一段时间，最后降温降压。
(17)如果设备允许，烧结及热等静压两步工序可以在同一炉体进行，坯块在烧结后直接施加压力进行热等静压，其他步骤不变。这样操作可免去降温冷却和升温加热的多余操作，也可防止坯块移动时受到损坏，缩短周期并提高成品率。
(18)根据所成形的内通道件1形状和内部通道走向、位置的不同，相应管2和固体支撑块4的形状也不同，所选用的材料和工艺参数也将根据内通道件1材料的不同进行相应的调整。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于该具体实施方式的范围。对本技术领域的技术人员而言，在不脱离本发明精神和实质的前提下所做出的等同变化、调整与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种内通道件快速成形方法，其特征在于：所述的内通道件成形方法包括按顺序进行的下列步骤：
(1)根据内通道件的内部通道走向设计、制备并弯制出相应的管；
(2)根据内通道件的洁净性、气密性等性能要求，先对管进行清洗、气密性检测等预处理；
(3)如对内通道清洁性要求较高，防止后续过程中有多余物进入通道中，可采用填充物堵住管口或者焊封管口；
(4)根据内通道件的内部通道位置设计制备出相应的固体支撑块；
(5)根据管的尺寸在固体支撑块表面加工出凹槽或孔，用来固定管；
(6)为了提高连接质量，可对固体支撑块待连接面进行打磨、酸洗等操作去除氧化膜；
(7)将管装配在固体支撑块对应的凹槽或孔上；
(8)根据内通道件的材料需求，制备出相应的粉末；
(9)将装配管的固体支撑块装入容器，向容器中填充粉末，并通过振动使其密实；
(10)将容器放置在粉末烧结设备中在真空气氛下烧结，使粉末初步致密化，得到形成自包套的坯块；为了取得更好的致密化效果，在烧结时可施加低压；
(11)步骤3中如果采用填充物堵住管口，应取出填充物；如果焊封管口，应切割坯块露出管口，最终使管口与外部相通；
(12)将坯块放置在热等静压设备中，在高温高压下使粉末进一步致密化，提高坯块的密度和强度，最终粉末、管与固体支撑块扩散连接成整体，将通道包含在内部；
(13)将热等静压后的坯块精加工成符合要求的内通道件。
2.权利要求1所述的管、固体支撑块和粉末的材料根据零件材料要求确定，可为同种材料，也可为异种材料，如有需要，可在管上镀层或涂层来作为中间层实现更好的连接效果。
3.权利要求1所述的粉末烧结的工艺参数为：先升温至合适的温度(一般为材料熔点绝对温度的0.67-0.80)，再保温一段时间，最后降温；如施加压力，不能压塌管；为防止粉末氧化等问题，真空度应尽可能高。
4.权利要求1所述的热等静压工艺参数为：先升温升压至合适的温度(一般为材料熔点绝对温度的0.5-0.7)和压力，再保温保压一段时间，最后降温降压。
5.权利要求1所述的烧结及热等静压两步工序在设备允许的条件下可以在同一炉体进行，坯块在烧结后直接施加压力进行热等静压，其他步骤不变。
6.权利要求1所述的内通道件形状和内部通道走向、位置的不同，相应管和固体支撑块的形状也不同，所选用的材料和工艺参数也将根据内通道件材料的不同进行相应的调整。
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Application publication date: 20191108