專利名稱：精細飾紋零件的快速制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于快速制造技術(shù)領域，涉及一種工作表面帶有精細飾紋的薄壁零件的制造方法。
背景技術(shù)：
表面有精細飾紋的優(yōu)質(zhì)制品在市場上具有很強的競爭力，因此對其制造方法的研究十分重要。目前，精細飾紋的加工方法主要有(1)手工雕刻法勞動強度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，效率低；(2)數(shù)控機械雕刻法因曲面的多樣性和復雜性，預先獲取工藝知識的時間長，且運動的點位精度差，對變深度、不均勻?qū)挾鹊娘椉y加工困難，制造精度難以保證；(3)光化學刻蝕法對于復雜曲面的掩膜吸附和變形精度難以控制，進一步影響了仿真性能；(4)激光雕刻法是一種很有發(fā)展前途的技術(shù)，但成本高，對變深度、不均勻?qū)挾鹊娘椉y加工難以完成，加工范圍受到限制；(5)電鑄法復制性能好，但加工周期長，污染較為嚴重；(6)熔模鑄造法復制性能較好，但僅適用于低熔點材料。
上述各種方法，一類為在成形的底模上直接加工飾紋，不能實現(xiàn)成形和加工一體化；另一類為采用復形方法加工飾紋，但周期較長，對于陶瓷類高熔點材料無法實現(xiàn)加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種加工周期短、仿真性強、成形和加工一體化的精細飾紋零件的快速制造方法。
本發(fā)明技術(shù)方案是這樣的精細飾紋零件的快速制造方法，通過以下步驟實現(xiàn)一、對精細飾紋原模進行表面處理；二、通過熱噴涂方法對經(jīng)步驟一處理過的原模在150℃～400℃溫度下進行噴涂，使其表面形成皮膜；三、采用常規(guī)強化方法對在步驟二中形成的皮膜進行強化處理；四、采用熔化法或溶化法去除原模，對步驟三得到的皮膜進行脫模，得到精細飾紋薄壁零件。
上述步驟一中原模的表面處理是指拋光或清潔處理，使原模表面粗糙度Ra達到0.4μm～1.6μm。
對經(jīng)上述步驟一表面處理過的原模通過常規(guī)方法進行表面預處理，形成隔離膜。
上述隔離膜為厚度為0.01mm～0.05mm的氧化物膜或硫化物膜或有機物膜。
上述步驟三采用的強化方法是指化學強化，或金屬熔滲，或高能束熔凝，或高溫熱處理。
精細飾紋零件的快速制造方法，通過以下步驟實現(xiàn)一、對精細飾紋原模進行表面處理；二、通過熱噴涂方法對經(jīng)步驟一處理過的原模在150℃～400℃溫度下進行噴涂，使其表面形成皮膜；三、采用常規(guī)強化方法對在步驟二中形成的皮膜進行強化處理；四、采用非金屬背襯材料或低熔點金屬及合金的背襯材料，將流動狀態(tài)的背襯材料澆注在步驟三形成的皮膜外表面，進行背襯補強；
五、對步驟四得到的帶有背襯材料的皮膜進行脫膜；六、通過加熱熔除或物理化學溶化分解方法去除背襯材料，得到精細飾紋薄壁零件。
上述步驟一中原模的表面處理是指拋光或清潔處理，使其表面粗糙度Ra達到0.4μm～1.6μm。
對經(jīng)上述步驟一表面處理過的原模通過常規(guī)方法進行表面預處理，形成隔離膜。
上述隔離膜為厚度為0.01mm～0.05mm的氧化物膜或硫化物膜或有機物膜。
上述步驟三采用的強化方法是指化學強化，或金屬熔滲，或高能束熔凝，或高溫熱處理。
上述步驟五采用的脫模方法是指機械沖擊法、熱沖擊法或破碎法。
本發(fā)明精細飾紋零件的快速制造方法，先對精細飾紋原模進行表面處理，然后在原模上噴涂形成皮膜，并對形成的皮膜強化處理后(1)直接去除原模，得到精細飾紋薄壁零件；(2)對強化處理的皮膜進行背襯補強，再將帶有背襯的皮膜從原模上脫模，最后將背襯從皮膜上去除，得到精細飾紋薄壁零件。其加工周期短、仿真性強，實現(xiàn)了成形和加工一體化。
具體實施例方式
本發(fā)明精細飾紋零件的快速制造方法，原模表面處理是關鍵技術(shù)，它直接影響原模精度保持性和精細飾紋零件的復映精度，因此要進行拋或清潔處理來提高表面質(zhì)量，原模表面粗糙度越小，噴涂制得的精細飾紋件越容易與原模分離，但過于光滑的原模表面不易粒子的初始沉積，故原模表面的粗糙度Ra一般在0.4μm～1.6μm范圍內(nèi)。當采用機械沖擊法、熱沖擊法脫模時，還要在原模表面生成一層隔離膜，例如用重鉻酸鉀溶液、硫化鈉溶液在金屬表面生成氧化物膜、硫化物膜，也可以用甘油、乙醚等使原模表面浸潤形成有機物膜，隔離膜過厚噴涂粒子不易沉積，噴涂過程難以順利完成，隔離膜過薄皮膜與原模不能完整分離，造成脫模困難，要求隔離膜厚度在0.01mm～0.05mm左右。
噴涂成形所用的材料可以是金屬及其合金、陶瓷、金屬/陶瓷復合材料，粉末材料熱膨脹系數(shù)要接近原模材料，減少界面應力。噴涂成形時原模的初始溫度應保持在150℃～400℃范圍內(nèi)，以避免熔融的粉末高速撞擊原模后，急劇冷卻易造成過大的熱應力。
噴涂成形后對皮膜進行合理的強化處理或背襯補強是必須的。噴涂過程中由于扁平化粒子在填充、搭接和不規(guī)則的生長過程中形成了有一定孔隙、機械力結(jié)合和近冶金結(jié)合共存的片層組織結(jié)構(gòu)，不同程度地降低了噴涂成形件的使用性能，因此要進行化學強化、金屬熔滲、高能束熔凝、高溫熱處理以進一步提高精細飾紋零件的機械強度。背襯補強是為了提高強化處理后的皮膜剛度，便于脫模以及預防、消除皮膜在脫模過程中容易變形、開裂、破碎缺陷。背襯補強應選用脫模時易于熔除的環(huán)氧樹脂等非金屬材料、熔點低于皮膜材料的金屬及其合金材料進行澆注。
皮膜背襯補強之后，將帶有背襯的皮膜與原模進行分離，即利用機械沖擊法、熱沖擊法或破碎法，使皮膜剝離原模。采用機械沖擊法脫模時，在背襯補強時，可預埋特制的環(huán)狀或桿狀制件，然后與澆注的背襯材料固結(jié)在一起以便于施加脫模拉力。采用熱沖擊法脫模時，根據(jù)皮膜與原模熱膨脹系數(shù)差異，在皮膜上或者原模上施加液氮使兩者分離。原模材料如果選用石膏、陶瓷等材料，可以采用破碎法脫模；原模材料若用低熔點金屬或者無機鹽類物質(zhì)可以采用熔化法或溶化法去除。
脫模處理將原模去除后，剩下帶有背襯的皮膜，然后將皮膜與背襯部分完整剝離，根據(jù)背襯材料的不同可以采用加熱熔除或者是物理化學溶化分解方法去除背襯，最后獲得精細飾紋零件。
如果原?？梢圆捎萌刍ɑ蛉芑ㄈコ?，皮膜經(jīng)強化處理后，可以不加背襯補強而直接去除原模，得到精細飾紋薄壁零件。
實施例1本發(fā)明精細飾紋零件的快速制造方法，采用如下步驟實現(xiàn)一、原模選用帶有精細圖案的鋁合金材料實物原型件，將原模用酒精清洗，進行表面清潔處理；二、將清潔后的原模放入T＝25℃，PH＝4，重量百分比濃度為0.05％～0.2％的重鉻酸鉀溶液中進行表面氧化處理，經(jīng)過10～20分鐘形成0.05mm左右的氧化膜；三、將氧化后的原模預熱250℃，選用-170#～+240#的Ni01鎳基合金粉末進行等離子噴涂成形，根據(jù)材料密度和所噴涂面積按沉積率60％計算所需粉末重量，使皮膜厚度達到2mm；四、噴涂成形完成后，采用激光熔凝法對形成的皮膜進行強化處理；五、采用機械沖擊法使原模與皮膜間產(chǎn)生微裂紋，然后在鋁合金實物原模一面澆液氮，很容易使鋁合金原型與噴涂后的皮膜分離得到鎳基合金精細圖案薄壁零件。
實施例2本發(fā)明精細飾紋零件的快速制造方法，采用如下步驟實現(xiàn)一、原模選用帶有精細圖案的45#鋼材料實物原型件，將原模用酒精清洗，進行表面清潔處理；二、將清潔后的原模放入T＝25℃，PH＝4，重量百分比濃度為0.05％～0.2％的重鉻酸鉀溶液中進行表面氧化處理，經(jīng)過10～20分鐘形成0.05mm左右的氧化膜；三、將氧化后的原模預熱250℃，選用-240#～+320#的氧化鋯粉末進行噴涂成形，根據(jù)材料密度和所噴涂面積按沉積率40％計算所需粉末重量，使皮膜厚度達到1.2mm；四、采用金屬熔滲法對形成的皮膜進行強化處理；五、在噴涂后的原模周圍設置?？?，同時設置好環(huán)狀的施力部件，將預先調(diào)制好的加有固化劑的環(huán)氧樹脂澆注到皮膜上并與施力部件固結(jié)在一起，室溫靜置24小時。
六、采用機械沖擊法實現(xiàn)原模與帶有環(huán)氧樹脂背襯的皮膜分離。
七、將帶有背襯的皮膜放到熔箱中，加熱到150℃熔化去除環(huán)氧樹脂后得到帶有精細圖案的薄壁零件。
權(quán)利要求
1.精細飾紋零件的快速制造方法，其特征在于通過以下步驟實現(xiàn)一、對精細飾紋原模進行表面處理；二、通過熱噴涂方法對經(jīng)步驟一處理過的原模在150℃～400℃溫度下進行噴涂，使其表面形成皮膜；三、采用常規(guī)強化方法對在步驟二中形成的皮膜進行強化處理；四、采用熔化法或溶化法去除原模，對步驟三得到的皮膜進行脫模，得到精細飾紋薄壁零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精細飾紋零件的快速制造方法，其特征在于上述步驟一中原模的表面處理是指拋光或清潔處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精細飾紋零件的快速制造方法，其特征在于對經(jīng)上述步驟一表面處理過的原模通過常規(guī)方法進行表面預處理，形成隔離膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的精細飾紋零件的快速制造方法，其特征在于上述隔離膜為厚度為0.01mm～0.05mm的氧化物膜或硫化物膜或有機物膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精細飾紋零件的快速制造方法，其特征在于上述步驟三采用的強化方法是指化學強化，或金屬熔滲，或高能束熔凝，或高溫熱處理。
6.精細飾紋零件的快速制造方法，通過以下步驟實現(xiàn)一、對精細飾紋原模進行表面處理；二、通過熱噴涂方法對經(jīng)步驟一處理過的原模在150℃～400℃溫度下進行噴涂，使其表面形成皮膜；三、采用常規(guī)強化方法對在步驟二中形成的皮膜進行強化處理；四、采用非金屬背襯材料或低熔點金屬及合金的背襯材料，將流動狀態(tài)的背襯材料澆注在步驟三形成的皮膜外表面，進行背襯補強；五、對步驟四得到的帶有背襯材料的皮膜進行脫膜；六、通過加熱熔除或物理化學溶化分解方法去除背襯材料，得到精細飾紋薄壁零件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的精細飾紋零件的快速制造方法，其特征在于上述步驟一中原模的表面處理是指拋光或清潔處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的精細飾紋零件的快速制造方法，其特征在于對經(jīng)上述步驟一表面處理過的原模通過常規(guī)方法進行表面預處理，形成隔離膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的精細飾紋零件的快速制造方法，其特征在于上述隔離膜為厚度為0.01mm～0.05mm的氧化物膜或硫化物膜或有機物膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的精細飾紋零件的快速制造方法，其特征在于上述步驟三采用的強化方法是指化學強化，或金屬熔滲，或高能束熔凝，或高溫熱處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的精細飾紋零件的快速制造方法，其特征在于上述步驟五采用的脫模方法是指機械沖擊法、熱沖擊法或破碎法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種精細飾紋零件的快速制造方法，其先對精細飾紋原模進行表面處理，然后在原模上噴涂形成皮膜，并對形成的皮膜強化處理后(1)直接去除原模，得到精細飾紋薄壁零件；(2)對強化處理的皮膜進行背襯補強，再將帶有背襯的皮膜從原模上脫模，最后將背襯從皮膜上去除，得到精細飾紋薄壁零件。其加工周期短、仿真性強，實現(xiàn)了成形和加工一體化。
文檔編號C23C24/00GK1772421SQ20041006571
公開日2006年5月17日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者方建成, 趙紫玉 申請人:華僑大學