專利名稱：一種復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法
技術領域：
本發明屬于零件成形制造領域，特別是涉及一種復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法。
背景技術：
復雜型面大量應用于航空、船舶、汽車、醫療器械等行業，其常規成形方法是直接使用五軸加工中心進行機加工。但這種方法存在明顯的局限性，其不但材料的利用率低、力口工周期長、能源消耗多與費用高，而且其不能滿足復雜型面在航空等行業的組織結構要求。熱等靜壓是上世紀50年代發展起來，利用高溫高壓進行粉料固結、成形和熱處理的新技術。該技術將粉末的成形和燒結兩步作業合成一步進行，并以在復合材料、特種材料以及復雜形狀零件的整體近凈成形等方面得到廣泛的應用。置于包套中的粉末為成形材料，高溫高壓氣體為成形介質，金屬包套為密封粉末材料并隔絕高溫高壓氣體的重要部件，它不但承受氣體的高溫高壓對粉末體進行壓制作用；而且還充當模具的作用，控制零件的最終成形。傳統制造熱等靜壓金屬包套主要以機械加工為主。但機械加工需要制造出包套的各個部位，然后通過焊接的方法拼接起來，這不但增大了機械加工的難度，而且對焊接的質量要求很高，并增大了生產周期，特別對于一些復雜型面的熱等靜壓包套，完全不能通過機械加工進行制造。因此，機械加工的高制作成本和高難度加工極大的限制了熱等靜壓在復雜形狀零件的應用。對于復雜型面熱等靜壓包套的加工，一些研究單位使用了金屬注射和激光燒結等方法進行制造。這些方法雖能實現復雜型面熱等靜壓包套的成形，降低了包套制造難度，實現最終的熱等靜壓成形。但是，這些方法制造的包套精度不高，無法成形復雜型面結構，對熱等靜壓的控形能力差。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供的一種復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法包括按順序進行的下列步驟:I)根據復雜型面的形狀制備出蠟質劑芯模；2)在芯模余量位置添加導電銅絲，并修復模具；3)對芯模需要電鑄部位涂抹導電粉末進行導電化，然后在室溫下的清洗劑中浸泡除油；4)把處理好的芯模放入電解液中，以埋入液體中為佳；電解液的pH值調整為3 5，溫度加熱至20 50°C ；5)米用可控電源,置導電芯模于陰極,接通電源,控制電流密度在0.5 32A/dm2,并根據零件形狀進行攪拌電解液，直至制成復合要求的復雜型面腔體；6)采用加熱方法去除蠟質劑芯模 ，得到最終的熱等靜壓整體金屬包套。本發明提供的復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法是利用電鑄技術在蠟模上制出一層致密金屬外殼，實現形狀結構復雜、精度較高的熱等靜壓整體包套的成形。其優點如下:I)可以方便的成形復雜型面，縮短了生產周期，降低了制造成本。2)材料利用率高，除了加工過程中鍍液的工藝損耗，幾乎沒有加工邊料的浪費。3)由于電鑄技術能精確的復制零件表面，確保了復雜型面的精確度，使熱等靜壓成形更方便控制。4))根據電鑄工藝的特點，可以形成具有導氣管連接部位的整體包套，減少焊接數量，提高熱等靜壓的成形性，并更有利于控形。
圖1為采用本發明提供的復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法成形復雜型面包套時所使用的復雜型面結構示意圖。圖2為采用本發明提供的復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法成形復雜型面包套時所使用的蠟模結構示意圖。圖3為采用本發明提供的復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法成形復雜型面時蠟模與整體包套示意圖。圖4為采用本發明提供的復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法成形復雜型面所制成的帶有導氣管連接部位的整體包套結構示意圖。
具體實施例方式本發明利用電鑄成形工藝`，首先根據需要加工的復雜型面制造蠟模；其次對蠟模進行添加導氣管連接部位和導電化處理，以實現蠟模在電鑄過程中的導電性；再此將處理好的蠟模放入電解液中，并與陰極相連，進行電鑄加工；最后，等得到符合要求的包套厚度后，熔化蠟模，得到最后的包套，實現了復雜型面的熱等靜壓整體包套的成形。通過對包套的振動裝粉，抽真空，密封等工藝完成熱等靜壓的前處理，熱等靜壓后包套可通過化學腐蝕去除，最后通過較小的機械加工去除加工余量，得到形狀和組織結構滿足使用要求的復雜型面。實例:I)根據復雜型面(I)形狀制備出形狀尺寸完全一致的蠟模；2)在芯模上添加導管連接部位型芯(4)，并在余量位置添加導電銅絲，并修復模具(2)，如附圖2 ；3)對電鑄芯模(2)涂抹導電粉末進行導電化，然后在室溫下的清洗劑中浸泡除油，對芯模表面金屬化有兩種方法:化學鍍和涂導電粉粉末。對于涂完導電粉末后，需要用水吸取表面上為黏著的粉末，然后進行浸泡除油；4)把處理好的芯模(2)放入電解液中，直至需要成形的部位全沒入電解液中；電解液的PH值調整為3 5，溫度加熱至20 50°C ；5)采用可控電源，置導電芯模于陰極，接通電源，控制電流密度在0.5 32A/dm2，并根據復雜型面(I)的形狀選擇合適方法對電解液進行攪拌，直至制成復合要求的復雜型面腔體，如圖3所示；
6)采用加熱方法去除蠟質芯模，得到最終的熱等靜壓整體金屬包套(3)，如圖4所7 )將含有導氣管連接部位(5 )的整體包套(3 )通過連接閥與氦質譜檢漏儀等設備直接相連進行檢漏，確保成形整體包套的工藝完整性。8)通過導氣管連接部位(5)的通孔向包套內填充復雜型面的金屬粉末，粉末的顆粒在100 200目之間，填充過程采用振動填充，以保證體粉末內部的相對致密度達到70%左右。9)將已填充粉末的整體包套與高度真空泵相連，對包套內部粉末體進行抽真空處理。剛開始抽真空過程需要在室溫下進行緩慢抽氣，等真空度低于I X KT1Pa,可對包套進行加熱抽真空處理，這樣以防止在加熱條件下抽真空，粉末體直接被包套內的空氣氧化。當真空度高于lX10 _2Pa的時候，對導氣管進行密封，從而保證包套的封閉性與氣密性。
權利要求
1.一種復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法，其特征在于所述的復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法包括按順序進行的下列步驟 1)根據復雜型面的形狀制備出蠟質芯模； 2)在芯模余量位置添加導電銅絲，并修復模具； 3)對芯模需要電鑄的部位涂抹導電粉末進行導電化，然后在室溫下的清洗劑中浸泡除油； 4)把處理好的芯模放入電解液中，以埋入液體中為佳；電解液的pH值調整為3 5，溫度加熱至20 50°C ; 5)采用可控電源，置導電芯模于陰極，接通電源，控制電流密度在O.5 32A/dm2，并根據零件形狀進行攪拌電解液，直至制成復合要求的復雜型面腔體； 6)采用加熱方法去除蠟質芯模，得到最終的熱等靜壓整體金屬包套。
2.根據權利要求I所述的復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法，其特征在于開始電鑄時，電流密度較小；待表面完全沉積上電鑄層后再用正常電流進行電鑄。
3.根據權利要求I所述的復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法，其特征在于在蠟質芯模上預加導氣管，形成具有導氣管連接部位的金屬包套，以便進行后續的抽真空和密封坐丁 f-rj- I . r L ο
4.根據權利要求I所述的復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法，其特征在于所述的步驟4)中電解液主要成分為氨基磺酸鎳[Ni (NH2SO3)2 · 4H20]250 450g/L，氯化鎳(NiCl2 · 7H20)5 30g/L，硼酸(H3BO3) 30 40g/L。
全文摘要
本發明涉及一種復雜型面熱等靜壓整體包套成形方法，其步驟為(1)制備出復雜型面的蠟質芯模；(2)對芯模添加導電銅絲并修復模具；3)對芯模涂抹導電粉末進行導電化，然后在室溫下除油；(4)把處理好的芯模沒入電解液中；調整電解液的pH，并加熱；(5)置導電芯模于陰極，接通電源，并根據零件形狀進行攪拌電解液，進行電鑄；(6)采用加熱方法去除蠟質劑芯模，得到最終的熱等靜壓整體金屬包套。本發明制得的熱等靜壓整體包套致密性好，形狀結構可控，能成形精度較高、形狀復雜的整體包套。
文檔編號C25D1/02GK103255445SQ20131013648
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月18日 優先權日2013年4月18日
發明者郎利輝, 姚松, 布國亮, 王剛, 張東星 申請人:北京航空航天大學