CN112338453B - 一种薄壁复杂腔体的加工方法 - Google Patents

一种薄壁复杂腔体的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工件加工技术领域，公开一种薄壁复杂腔体的加工方法，包括以下步骤：S1.根据内部流道结构将工件拆分成多层，使每一层均成为独立腔体；S2.将每个腔体拆分成基板和盖板，基板上开设流道槽，加工与流道槽匹配的盖板，并在盖板的顶部棱角处加工出倒角；S3.清洗、打磨每个腔体的盖板和基板，分别将盖板与基板装配，并沿盖板的倒角在纤缝处注入钎料；S4.将各腔体放入真空炉真空钎焊；S5.精加工每个腔体的表面；S6.清洗、打磨每个腔体，并装配成工件，在焊缝处注入钎料；S7.将工件放入真空炉中真空钎焊；S8.钎后精加工件。真空钎焊的方法加工薄壁复杂腔工件，实现了多个单独复杂腔的同时焊接以及工件整体的焊接，满足了工件的尺寸及精密度要求。

Description

一种薄壁复杂腔体的加工方法
技术领域
本发明涉及工件加工技术领域，尤其涉及一种薄壁复杂腔体的加工方法。
背景技术
薄壁型复杂腔工件由于其内部的结构细微且复杂，无法采用一般的加工方法加工，可用的加工方法有3D打印，但是3D打印的成本较高，且精密度无法保证在0.05-0.1mm以内。
超燃冲压发动机基座主要由工作气流腔和冷却水腔两个独立腔体组合而成，其中冷却水腔由16层水冷流道并联而成，每层水冷流道沿工作气流腔壁与基座外壁分布，对工作气流壁起冷却作用，水冷流道为2mm*2mm矩形流道，壁厚1mm，基座外表面的配合面轮廓度要求0.1mm，承受4MPa水压，无串腔、堵孔、泄漏、变形。这种结构使用精密铸造、氩弧焊接等方法都无法实现。
发明内容
本发明提供了一种薄壁复杂腔体的加工方法，解决薄壁型复杂腔工件无法使用精密铸造、氩弧焊接等常规方法加工的问题。
本发明是通过以下方案来实现的：
一种薄壁复杂腔体的加工方法，包括以下步骤：
S1.根据内部流道结构将工件拆分成多层，使每一层均成为独立腔体；
S2.将每个腔体拆分成基板和盖板，基板上开设流道槽，加工与流道槽匹配的盖板，并在盖板的顶部棱角处加工出倒角；
S3.清洗、打磨每个腔体的盖板和基板，分别将盖板与基板装配，并沿盖板的倒角在装配间隙中注入钎料；
S4.将各腔体放入真空炉，在压力为0.02-0.05Pa，温度为1000-1100℃的条件下，钎焊20-30min；钎焊完成后，在温度降低至500-600℃时充入惰性气体，打开风扇搅拌，温度降低至100℃以下，出炉；
S5.精加工每个腔体的表面，保证平面度在0.05mm以内；
S6.清洗、打磨每个腔体，并装配成工件，在装配间隙中注入钎料；
S7.将工件放入真空炉中，在压力为0.02-0.05Pa，温度为1000-1100℃下，钎焊20-30min；钎焊完成后，在温度降低至500-600℃时充入惰性气体，打开风扇搅拌，温度降低至100℃以下，出炉；
S8.钎后精加工件，保证平面度在0.1mm以内。
进一步地，所述步骤S2中，流道槽与盖板的接头形式设置为搭接形式，流道槽的底部开设为方形流道，顶部开设为尺寸大于方形流道的方形搭接槽，盖板的尺寸与方形搭接槽匹配。
进一步地，所述步骤S3、S6中的钎料为镍基膏状钎料。
进一步地，所述步骤S5中，精加工的步骤如下：
在加工中心精铣腔体的表面，保证平面度在0.1mm以内；
在平面磨床上平磨腔体上下表面，保证平面度在0.05mm以内。
进一步地，所述步骤S4、S7真空钎焊的程序为：
抽真空：冷态真空度0.02-0.04Pa，工作真空度0.02-0.05Pa；
加热升温：以150-300℃/h的速率加热到400-500℃，保温30-60min；以250-400℃/h的速率加热到800-950℃，保温90-240min；以350-500℃/h的速率加热到1000-1050℃；
真空钎焊：在1000-1050℃钎焊20-30min；
冷却降温：随炉真空冷却至500-600℃，向炉内填充高纯氮气，压力达到(6-10)×104Pa后启动风扇冷却至50-100℃出炉。
进一步地，钎焊完每个腔体和工件整体后，对腔体和工件进行压力试验；压力试验的条件为4MPa水压下测试20-30min，保证流道无串腔、堵孔、泄露、变形。
本发明具有以下优点：
1).采用真空钎焊的方法加工薄壁复杂腔工件，实现了多个单独复杂腔的同时焊接以及各个复杂腔结构形成的工件整体的焊接，且焊接后的变形量小于0.2mm,满足了工件的尺寸及精密度要求；
2).将工件基板上的流道槽与盖板设置为搭接形式，通过设置流道槽的方形搭接槽与盖板搭接的方式，防止钎料流入流道槽，增大了钎焊面积，增强了接头强度：
3).真空钎焊后的接头光洁致密、变形小且具有优良的力学性能和抗腐蚀性能，可以获得高精度的零件，质量也易于控制。
附图说明
图1为工件的结构示意图；
图2为工件独立腔体的结构图；
图3为基板和盖板的示意图；
图4为工件基板和盖板的搭接图。
图中:1-基板，2-盖板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
实施例1
一种如图2所示的薄壁复杂腔体的加工方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.如图2所示，根据内部流道结构将工件拆分成多层，使每一层均成为独立腔体；
S2.如图3所示，将每个腔体拆分成基板和盖板，基板上开设流道槽，加工与流道槽匹配的盖板；如图4所示，流道槽与盖板的接头形式设置为搭接形式，流道槽的底部开设为方形流道，顶部开设为尺寸大于方形流道的方形搭接槽，盖板的尺寸与方形搭接槽匹配；并在盖板的顶部棱角处加工出倒角；
将工件基板上的流道槽与盖板设置为搭接形式，通过设置流道槽的方形搭接槽与盖板搭接的方式，防止钎料流入流道槽，增大了钎焊面积，增强了接头强度：
S3.清洗、打磨每个腔体的盖板和基板，分别将盖板与基板装配，并沿盖板的倒角在装配间隙中注入镍基膏状钎料；
S4.将各腔体放入真空钎焊炉进行钎焊，钎焊的程序为：
抽真空：冷态真空度0.02-0.04Pa，工作真空度0.02-0.05Pa；
加热升温：以150-300℃/h的速率加热到400-500℃，保温30-60min；以250-400℃/h的速率加热到800-950℃，保温90-240min；以350-500℃/h的速率加热到1000-1050℃；
真空钎焊：在1000-1050℃钎焊20-30min；
冷却降温：随炉真空冷却至500-600℃，向炉内填充高纯氮气，压力达到6×104Pa后启动风扇冷却至50-100℃出炉；
S5.在加工中心精铣腔体的表面，保证平面度在0.1mm以内；
在平面磨床上平磨腔体上下表面，保证平面度在0.05mm以内。
钎焊完每个腔体后，对腔体进行压力试验；压力试验的条件为4MPa水压下测试20min，保证流道无串腔、堵孔、泄露、变形；
S6.清洗、打磨每个腔体，并装配成工件，在装配间隙中注入镍基膏状钎料；
S7.将工件放入真空炉中，钎焊的程序为：
抽真空：冷态真空度0.02-0.04Pa，工作真空度0.02-0.05Pa；
加热升温：以150-300℃/h的速率加热到400-500℃，保温30-60min；以250-400℃/h的速率加热到800-950℃，保温90-240min；以350-500℃/h的速率加热到1000-1050℃；
真空钎焊：在1000-1050℃钎焊20-30min；
冷却降温：随炉真空冷却至500-600℃，向炉内填充高纯氮气，压力达到(6-10)×104Pa后启动风扇冷却至50-100℃出炉；
钎焊完工件后，对工件进行压力试验；压力试验的条件为4MPa水压下测试20min，保证流道无串腔、堵孔、泄露、变形；
S8.钎后精加工件，保证平面度在0.1mm以内。
本实施例的有益效果是：将工件基板上的流道槽与盖板设置为搭接形式，通过设置流道槽的方形搭接槽与盖板搭接的方式，防止钎料流入流道槽，增大了钎焊面积，增强了接头强度：采用真空钎焊的方法加工薄壁复杂腔工件，实现了多个单独复杂腔的同时焊接以及各个复杂腔结构形成的工件整体的焊接，且焊接后的变形量小于0.2mm,满足了工件的尺寸及精密度要求；真空钎焊后的接头光洁致密、变形小且具有优良的力学性能和抗腐蚀性能，可以获得高精度的零件，质量也易于控制。
实施例2
在实施例1的基础上，各独立腔体的真空钎焊的程序为：
抽真空：冷态真空度0.03Pa，工作真空度0.05Pa；
加热升温：以150℃/h的速率加热到440℃，保温30min；以300℃/h的速率加热到900℃，保温200min；以410℃/h的速率加热到1050℃；
真空钎焊：在1050℃钎焊20min；
冷却降温：随炉真空冷却至600℃，向炉内填充高纯氮气，打开风扇搅拌，压力达到8×104Pa后启动风扇冷却至70℃出炉；
使钎料在毛细力作用下与工件的固态金属充分浸润、溶解、扩散、焊合。
各独立腔体的条件为：
压力试验的条件为4MPa水压下测试25min，保证流道无串腔、堵孔、泄露、变形。
在本实施例的有益效果是：采用真空钎焊的方法加工各独立腔体，保证钎焊后的变形量小于0.2mm,满足了尺寸及精密度要求。
实施例3
工件的真空钎焊程序为：
抽真空：冷态真空度0.04Pa，工作真空度0.03Pa；
加热升温：以150℃/h的速率加热到400℃，保温50min；以350℃/h的速率加热到880℃，保温100min；以490℃/h的速率加热到1050℃；
真空钎焊：在1050℃钎焊30min；
冷却降温：随炉真空冷却至550℃，向炉内填充高纯氮气，压力达到9×104Pa后启动风扇冷却至60℃出炉；
钎焊完工件后，对工件进行压力试验；压力试验的条件为4MPa水压下测试20min，保证流道无串腔、堵孔、泄露、变形；
各独立腔体和工件的压力测试的条件为：
压力试验的条件为4MPa水压下测试30min，保证流道无串腔、堵孔、泄露、变形。
在本实施例的有益效果是：采用真空钎焊的方法加工薄壁复杂腔工件，实现了多个单独复杂腔的同时焊接以及各个复杂腔结构形成的工件整体的焊接，且焊接后的变形量小于0.2mm,满足了工件的尺寸及精密度要求。
本发明真空钎焊后的接头光洁致密、变形小且具有优良的力学性能和抗腐蚀性能，可以获得高精度的零件，质量也易于控制。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种薄壁复杂腔体的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.根据内部流道结构将工件拆分成多层，使每一层均成为独立腔体；
S2.将每个腔体拆分成基板和盖板，基板上开设流道槽，加工与流道槽匹配的盖板，并在盖板的顶部棱角处加工出倒角；
S3.清洗、打磨每个腔体的盖板和基板，分别将盖板与基板装配，并沿盖板的倒角在装配间隙中注入钎料；
S4.将各腔体放入真空炉，在压力为0.02-0.05Pa，温度为1000-1100℃的条件下，钎焊20-30min；钎焊完成后，在温度降低至500-600℃时充入惰性气体，打开风扇搅拌，温度降低至100℃以下，出炉；
S5.精加工每个腔体的表面，保证平面度在0.05mm以内；
S6.清洗、打磨每个腔体，并装配成工件，在装配间隙处注入钎料；
S7.将工件放入真空炉中，在压力为0.02-0.05Pa，温度为1000-1100℃下，钎焊20-30min；钎焊完成后，在温度降低至500-600℃时充入惰性气体，打开风扇搅拌，温度降低至100℃以下，出炉；
S8.真空钎焊后精加工工件，保证平面度在0.1mm以内。
2.根据权利要求1所述的薄壁复杂腔体的加工方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述流道槽与盖板的接头形式设置为搭接形式，流道槽的底部开设为方形流道，顶部开设为尺寸大于方形流道的方形搭接槽，盖板的尺寸与方形搭接槽匹配。
3.根据权利要求1所述的薄壁复杂腔体的加工方法，其特征在于，所述步骤S3、S6中的钎料为镍基膏状钎料。
4.根据权利要求1所述的薄壁复杂腔体的加工方法，其特征在于，所述步骤S5中，精加工的步骤如下：
在加工中心精铣腔体的表面，保证平面度在0.1mm以内；
在平面磨床上平磨腔体上下表面，保证平面度在0.05mm以内。
5.根据权利要求1所述的薄壁复杂腔体的加工方法，其特征在于，所述步骤S4、S7真空钎焊的程序为：
抽真空：冷态真空度0.02-0.04Pa，工作真空度0.02-0.05Pa；
加热升温：以150-300℃/h的速率加热到400-500℃，保温30-60min；以250-400℃/h的速率加热到800-950℃，保温90-240min；以350-500℃/h的速率加热到1000-1050℃；
真空钎焊：在1000-1050℃钎焊20-30min；
冷却降温：随炉真空冷却至500-600℃，向炉内填充高纯氮气，压力达到(6-10)×104Pa后启动风扇冷却至50-100℃出炉。
6.根据权利要求1所述的薄壁复杂腔体的加工方法，其特征在于，钎焊完每个腔体和工件整体后，对腔体和工件进行压力试验；压力试验的条件为4MPa水压下测试20-30min，保证流道无串腔、堵孔、泄露、变形。
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