CN111101176A - 一种工件制造方法及工件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件制造方法及工件，方法包括：采用型芯材料形成内腔型芯；将接头件装配至所述内腔型芯上；在所述接头件和所述内腔型芯的表面形成金属薄壁层；去除所述内腔型芯，形成金属薄壁腔体件。本发明中金属薄壁腔体件包括包覆于其内部的接头件，便于薄壁件的安装；内腔型芯可以具有复杂的结构特征，克服现有的制造工艺中薄壁腔体件内腔复杂度限制；金属薄壁层依附在内腔型芯的表面形成，可以在满足强度需求的前提下尽可能地薄，克服现有的制造工艺中的壁厚限制和金属可适用材料限制；同时制备工艺简单，降低制造成本。

Description

一种工件制造方法及工件

技术领域

本发明实施例涉及薄壁件加工技术领域，尤其涉及一种工件制造方法及工件。

背景技术

对于工程应用中的水冷或空冷或特殊弹性需求，需要制造冷盘、冷管等金属薄壁腔体件。水冷零件内部通水或者通气，零件外壁需要在满足强度需求的前提下尽可能地薄。在不同的应用场景，对于壳体内部的空腔形状可能也有差异。

传统工艺制造金属薄壁腔体件主要有三种方法：

1.五轴机加后堵头封口

基于传统机加，需要通过一些工艺孔或者工艺槽，将刀具伸入孔槽中进行镂空。这种机加方式成本高昂，且限于工艺孔槽的大小和刀具可机加的位置，这种机加方式可加工的形状有限，且加工薄壁结构存在较大风险。

2.机加后焊接

将腔体分割成数个部件，机加之后再通过焊接方式拼接在一起，这种方式在拼接处存在密封风险，且焊缝处变形大，尤其是薄壁件的焊接，焊接报废风险很大。

3.埋管铸造

基于传统铸造工艺，在模具内部埋管后再浇铸金属液。这种工艺存在壁面贴合缝隙问题。由于金属液铸造本身限制，需要在管路之间预留较多缝隙，铸造出的管壁较厚。由于铸造和弯管形状的限制，此种加工方式存在较大限制，适用材料也必须有一定可铸性。

现有技术的薄壁腔体件制造工艺存在壁厚限制、内腔复杂度限制、金属可适用材料限制和成本限制等问题，极大地限制了薄壁腔体零件的制造能力与应用范围。

发明内容

本发明提供一种工件制造方法及工件，以克服现有的制造工艺中存在的壁厚限制、内腔复杂度限制、金属可适用材料限制和成本限制等问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种工件制造方法，包括：

采用型芯材料形成内腔型芯；

将接头件装配至所述内腔型芯上；

在所述接头件和所述内腔型芯的表面形成金属薄壁层；

去除所述内腔型芯，形成工件。

可选的，所述去除所述内腔型芯，包括：

采用加热熔化的方式去除所述内腔型芯，其中，所述型芯材料的熔点低于所述接头见和金属薄壁层的熔点。

可选的，所述采用型芯材料形成内腔型芯，包括：

采用3D打印的方式形成所述内腔型芯，其中，所述型芯材料为ABS塑料。

可选的，所述在所述接头件和所述内腔型芯的表面形成金属薄壁层，包括：

采用电镀方式在所述接头件和所述内腔型芯的表面形成所述金属薄壁层。

可选的，所述采用型芯材料形成内腔型芯，还包括：

在所述内腔型芯上形成工艺接口，所述工艺接口与所述接头件上工艺接头匹配，所述接头件与所述内腔型芯通过所述工艺接头和工艺接口进行装配。

可选的，所述采用型芯材料形成内腔型芯，还包括：

在所述内腔型芯上形成冗余结构；

所述采用加热熔化的方式去除所述内腔型芯，包括：

切除所述冗余结构，形成漏出切口，露出所述型芯材料；

加热所述内腔型芯，以使液化后的型芯材料从所述漏出切口漏出。

可选的，在所述形成内腔型芯之后，还包括：

对所述内腔型芯的表面进行抛光。

可选的，所述金属薄壁层和所述接头件为同种金属材料。

可选的，所述金属薄壁层的厚度为0.2mm-0.5mm。

第二方面，本发明实施例还提供了一种工件，采用如本发明第一方面所述的工件制造方法制造，包括接头件和金属薄壁层，所述接头件包覆于所述金属薄壁层形成的腔体内。

本发明实施例首先形成内腔型芯，再将接头件装配至内腔型芯上，然后在接头件和内腔型芯的表面形成金属薄壁层，最后去除内腔型芯，形成金属薄壁腔体件。金属薄壁腔体件包括包覆于其内部的接头件，便于薄壁件的安装；内腔型芯可以具有复杂的结构特征，克服现有的制造工艺中的内腔复杂度限制；金属薄壁层依附在内腔型芯的表面形成，可以在满足强度需求的前提下尽可能地薄，克服现有的制造工艺中的壁厚限制和金属可适用材料限制；同时制备工艺简单，降低制造成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种工件制造方法的流程图；

图2为本发明实施例形成的内腔型芯的结构示意图；

图3为在图2中内腔型芯表面形成的金属薄壁层的结构示意图；

图4为图3去除冗余结构后的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种工件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明实施例提供了一种工件制造方法，用于制造金属薄壁腔体件，图1 为本发明实施例提供的一种工件制造方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

S110、采用型芯材料形成内腔型芯。

示例性的，可以采用常见的成型方式，如传统的机加工成型或注塑成型方式形成内腔型芯，也可以采用3D打印的方式，如熔融挤出成型(Fused deposition modeling，FDM)或者选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering，SLS)方式形成内腔型芯。型芯材料可以是常见的用于制造型芯的材料，如低熔点易加工的金属或塑料。内腔型芯具有复杂的结构特征，使后续形成的金属薄壁腔体件具有复杂的结构特征。图2为本发明实施例形成的内腔型芯的结构示意图，如图2所示，在本发明实施例中，内腔型芯10呈蛇形条状，相应的，后续形成的金属薄壁腔体件为蛇形管状。需要说明的是，内腔型芯也可以是其他形状和结构，本发明在此不做限定。

S120、将接头件装配至内腔型芯上。

薄壁腔体件需要装配到冷却装置中，由于薄壁腔体件为薄壁件，在薄壁件上，难以加工形成装配接头，将导致薄壁腔体件无法装配到冷却装置中。图3 为在图2中内腔型芯表面形成的金属薄壁层的结构示意图，如图3所示，本发明实施例中，接头件22和23为环状，接头件22和23套接在条状内腔型芯10 的两端；接头件21为块状，接头件21装配在条状内腔型芯10的中间部位。接头件与后续形成的金属薄壁层形成一体结构，通过接头件21、22和23将金属薄壁腔体件装配到冷却装置中。

S130、在接头件和内腔型芯的表面形成金属薄壁层。

示例性的，可以通过喷涂、沉积或电镀等方式，在接头件和内腔型芯的表面形成金属薄壁层。如图3所示，金属薄壁层30形成在内腔型芯10和接头件21、22和23的表面，将装配好的内腔型芯10、接头件21、22和23整体包覆，从而使得接头件21、22和23与金属薄壁层30连接为一个整体，进而可以通过接头件21、22和23将金属薄壁腔体件装配到冷却装置中。

S140、去除内腔型芯，形成工件。

示例性的，可以通过加热熔化、化学溶解等方式去除内腔型芯，保留金属薄壁层，进而形成包括金属接头的金属薄壁腔体件。型芯材料通常为低熔点的金属或塑料，可以通过加热熔化的方式去除内腔型芯，此外，若型芯材料为塑料，也可以通过化学溶解的方式去除内腔型芯，例如，通过有机溶剂溶解型芯材料。图5为本发明实施例提供的一种工件的结构示意图，如图5所示，该工件为金属薄壁腔体件，金属薄壁腔体件整体呈蛇形管状，两端包括接头件22和 23，接头件22和23包覆于金属薄壁层30内，并形成一体结构，两端端面形成有开口，以贯通金属薄壁腔体件；管状腔体件的管身包括接头件21，接头件21 包覆于金属薄壁层30内。接头件21、22和23通过螺纹、镶嵌、卡扣等连接方式，将金属薄壁腔体件装配到冷却装置中。

本发明实施例首先形成内腔型芯，再将接头件装配至内腔型芯上，然后在接头件和内腔型芯的表面形成金属薄壁层，最后去除内腔型芯，形成金属薄壁腔体件。金属薄壁腔体件包括包覆于其内部的接头件，便于薄壁件的安装；内腔型芯可以具有复杂的结构特征，克服现有的制造工艺中的内腔复杂度限制；金属薄壁层依附在内腔型芯的表面形成，可以在满足强度需求的前提下尽可能地薄，克服现有的制造工艺中的壁厚限制和金属可适用材料限制；同时制备工艺简单，降低制造成本。

可选的，步骤S140、去除内腔型芯，包括：

采用加热熔化的方式去除内腔型芯，其中，型芯材料的熔点低于接头件和金属薄壁层的熔点。

示例性的，型芯材料为ABS塑料，ABS塑料具有强度高、表面硬度大、非常光滑、尺寸稳定和易加工等优点，此外，也可以作为电镀处理材料，在ABS塑料表面电镀金属镀层。接头件和金属薄壁层30可以是不锈钢、铜、镍等各类金属。ABS塑料的熔化温度为217-237℃，低于金属薄壁层30和接头件的熔点，采用加热熔化的方式使ABS塑料液化，并通过排出口或切口漏出，保留金属薄壁层30和接头件，形成金属薄壁腔体件。当然，也可以采用化学溶解的方式，去除ABS塑料，例如使用二氯甲烷或二甲基甲酰胺等能够溶解ABS塑料的有机溶剂，溶解ABS塑料。

可选的，步骤S110、采用型芯材料形成内腔型芯，包括：

采用3D打印的方式形成内腔型芯，其中，型芯材料为ABS塑料。

3D打印可以包括熔融挤出成型或者选择性激光烧结成型，3D打印具有自由成型的优势，3D打印出的内腔型芯10可以具备复杂的结构特征，从而满足金属薄壁腔体件复杂的腔体结构要求。

可选的，步骤S130、在接头件和内腔型芯的表面形成金属薄壁层，包括：

采用电镀方式在接头件和内腔型芯的表面形成金属薄壁层。

电镀工艺能够直接在大多数金属表面或间接在部分非金属表面(如ABS塑料、石膏)涂料层上电镀一层金属镀层(如不锈钢、铜、镍、铬等)。电镀的镀层一般可以做到0.05mm，最薄可以做到0.005mm左右。ABS塑料表面易于侵蚀而具备较高的镀层结合力。当然，也可以采用其他方式，例如喷涂或沉积在接头件和内腔型芯的表面形成金属薄壁层，本发明在此不做限定。

可选的，金属薄壁层的厚度为0.2mm-0.5mm。示例性的，金属薄壁层的厚度可根据管路实际需要承受的压力进行调整。可以根据需求，控制电镀时间和其他工艺参数，控制其镀层壁厚，进而控制金属薄壁层的壁厚。还可以多次反复进行电镀，直至达到所需的壁厚。

可选的，步骤S110、采用型芯材料形成内腔型芯，还包括：

在内腔型芯上形成工艺接口，工艺接口与接头件上工艺接头匹配，接头件与内腔型芯通过工艺接头和工艺接口进行装配。示例性的，如图2所示，在内腔型芯10上形成有工艺接口11、12和13，示例性的，工艺接口11为螺纹孔，工艺接口12和13为外螺纹，接头件21为块状，其上设有与工艺接口11匹配的螺杆，接头件22和23为环装，其上设有与工艺接口12和13匹配的内螺纹。需要说明的是，本发明实施例中，接头件与内腔型芯也可以通过其他装配方式，例如镶嵌、卡扣等方式进行装配，本发明在此不做限定。

可选的，步骤S110、采用型芯材料形成内腔型芯，还包括：

在内腔型芯上形成冗余结构；

采用加热熔化的方式去除内腔型芯，包括：

切除冗余结构，形成漏出切口，露出型芯材料；

加热内腔型芯，以使液化后的型芯材料从漏出切口漏出。

如图2和3所示，在形成内腔型芯10的同时，在内腔型芯10的两端预留冗余结构，该冗余结构可以是工艺凸台14，在形成金属薄壁层30时，金属薄壁层30包覆内腔型芯10、工艺凸台14和接头件21、22和23。图4为图3去除冗余结构后的结构示意图，如图4所示，在去除内腔型芯10的过程中，首先切除工艺凸台14，形成漏出切口，露出包覆在内的型芯材料，然后，对图4所示的结构进行加热或化学溶解，使内腔型芯10液化，以使液化后的型芯材料从漏出切口漏出，最终形成包括接头件21、22和23的金属薄壁腔体件。

可选的，在步骤S110、形成内腔型芯之后，还包括：

对内腔型芯的表面进行抛光。在电镀前，内腔型芯10需要用化学或者物理方法进行抛光，使其具有较佳的表面粗糙度，便于金属薄壁层30的的形成；同时，保证最终形成的金属薄壁腔体件具有光滑的腔体内壁。

可选的，金属薄壁层30和接头件为同种金属材料。在金属接头和内腔型芯 10的表面形成金属薄壁层30时，同种金属材料使得金属薄壁层30与金属接头结合更紧密，提高金属接头与金属薄壁层30的结合强度。同时，金属接头件具有较好的导热性能，保证了金属薄壁腔体件的冷却效果。需要说明的是，接头件也可以是表面能够导电或者通过表面处理后能够满足电镀需求的其他材料，不限于金属薄壁层所用的材料。

本发明实施例还提供了一种工件，采用如本发明上述实施例所述的工件制造方法制造，包括接头件和金属薄壁层，接头件包覆于金属薄壁层形成的腔体内。示例性的，如图5所示，工件为金属薄壁腔体件，整体呈蛇形管状，两端包括接头件22和23，接头件22和23包覆于金属薄壁层30内，并形成一体结构，两端端面形成有开口，以贯通金属薄壁腔体件；管状腔体件的管身包括接头件21，接头件21包覆于金属薄壁层30内。金属薄壁层30的厚度为0.2mm-0.5mm，接头件21、22和23通过螺纹、镶嵌、卡扣等连接方式，将金属薄壁腔体件装配到冷却装置中。接头件的材料可以是金属材料，金属接头件具有较好的导热性能，保证了金属薄壁腔体件的冷却效果。进一步的，接头件的材料与金属薄壁层30的材料相同，在形成金属薄壁层30时，同种金属材料使得金属薄壁层30与金属接头结合更紧密，提高金属接头与金属薄壁层30的结合强度。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”等的描述意指结合该实施例的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚器件，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工件制造方法，其特征在于，包括：

采用型芯材料形成内腔型芯；

将接头件装配至所述内腔型芯上；

在所述接头件和所述内腔型芯的表面形成金属薄壁层；

去除所述内腔型芯，形成工件。

2.根据权利要求1所述的工件制造方法，其特征在于，所述去除所述内腔型芯，包括：

采用加热熔化的方式去除所述内腔型芯，其中，所述型芯材料的熔点低于所述接头件和金属薄壁层的熔点。

3.根据权利要求1或2所述的工件制造方法，其特征在于，所述采用型芯材料形成内腔型芯，包括：

采用3D打印的方式形成所述内腔型芯，其中，所述型芯材料为ABS塑料。

4.根据权利要求1所述的工件制造方法，其特征在于，所述在所述接头件和所述内腔型芯的表面形成金属薄壁层，包括：

采用电镀方式在所述接头件和所述内腔型芯的表面形成所述金属薄壁层。

5.根据权利要求1所述的工件制造方法，其特征在于，所述采用型芯材料形成内腔型芯，还包括：

在所述内腔型芯上形成工艺接口，所述工艺接口与所述接头件上工艺接头匹配，所述接头件与所述内腔型芯通过所述工艺接头和工艺接口进行装配。

6.根据权利要求2所述的工件制造方法，其特征在于，所述采用型芯材料形成内腔型芯，还包括：

在所述内腔型芯上形成冗余结构；

所述采用加热熔化的方式去除所述内腔型芯，包括：

切除所述冗余结构，形成漏出切口，露出所述型芯材料；

加热所述内腔型芯，以使液化后的型芯材料从所述漏出切口漏出。

7.根据权利要求1所述的工件制造方法，其特征在于，在所述形成内腔型芯之后，还包括：

对所述内腔型芯的表面进行抛光。

8.根据权利要求1所述的工件制造方法，其特征在于，所述金属薄壁层和所述接头件为同种金属材料。

9.根据权利要求1所述的工件制造方法，其特征在于，所述金属薄壁层的厚度为0.2mm-0.5mm。

10.一种工件，采用如权利要求1-9任一所述的工件制造方法制造，其特征在于，包括接头件和金属薄壁层，所述接头件包覆于所述金属薄壁层形成的腔体内。

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