[发明专利]一种金属件快速复合精密制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体涉及一种金属件快速制造方法。

背景技术

随着产品零件更新换代速度的加快，制造业对金属件尤其是复杂金属件的需求日益增强，金属件的快速制造成形技术一直是国内外研究的热点。尤其在航空、航天、军工、汽车、机床等重点行业，其核心部件一般均为金属复杂结构零件，采用传统精密铸造生产需要加工制造出模板、芯盒、模具等辅助工具，存在制造周期长、工序多、耗资大等明显不足，不能适应单件小批量部件的快速制造需求。

目前激光烧结技术不仅已经用于直接烧结覆膜砂型芯、陶瓷壳型等复杂精密型芯的直接制造，而且还用于烧结高分子熔模来间接制造精密件，实现金属件的快速精密制造。同时，基于铸型数控加工的无模化铸造工艺也正在兴起，并已用于金属件浇注所需的型芯直接加工制造。然而前者受到烧结设备加工范围、加工时间、成本等制约，后者受到零件复杂结构、表面质量等制约，在复杂金属件快速制造过程中还存在一些不足，使金属件的快速制造的发展受到极大的约束。

发明内容

针对具有特定结构、表面质量要求的金属件单件小批量快速制造急切需求，本发明提出了一种金属件快速复合精密制造方法，通过复合精密铸造和无模化铸造工艺的优点，实现典型金属件的快速开发制造，对突破金属件制造的时间、成本和尺寸制约瓶颈。

一种金属件快速复合精密制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a)根据金属件内部质量和表面精度的要求，将金属件对应型芯CAD模块拆分成若干不同子模块，并设计相邻子模块间的组模时所需的连接定位结构；

b)针对零件结构较复杂、尺寸较小、数控加工困难的子模块，采用激光烧结成型设备完成型芯制造，包括采用激光烧结覆膜砂直接得到型芯和激光烧结高分子材料得到熔模后间接制得型(芯)壳；

c)针对尺寸较大、可数控加工的子模块，采用砂型数控加工成形设备直接快速制得型(芯)壳；

d)将不同砂型(芯)、石膏型(芯)子模块组合，并浇注得到金属件；

所述连接定位结构能够在后续的组合步骤中定位连接各子模块，保证整个零件的尺寸精度和表面质量。

所述结构较复杂、尺寸较小、数控加工困难的子模块，依靠常规数控加工不易实现或保障其加工质量，需借助激光烧结成型技术直接或间接制造实现；

所述尺寸较大、可数控加工的子模块，通过对覆膜砂、水玻璃砂、树脂砂、石膏等常见材料直接数控加工实现；

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)将激光烧结与数控加工优势，用于金属件快速制造；

(2)型芯的制造工艺、材料种类灵活多样，拓宽了工艺适用性；

(3)突破零件结构、尺寸、表面质量、成本等制约，可以柔性设计零件制造工艺；

附图说明：

图1一种基于复合精密型芯的金属件快速制造方法的流程图

图2子模块的定位结构图

1-激光烧结技术加工的型模    2-外凸圆台        3-内凹圆台

4-数控切削加工的型模        5-不同子模的组合  6-组合模的剖视结构

具体实施方式

一种基于复合精密型芯的金属件快速制造方法，其工艺过程如下：

根据金属件图纸，生成零件三维CAD模型，并生成对应三维CAD的型芯模型；根据型芯结构、尺寸、性能等要求因素，将模型拆分成若干子模块，并在子模块的连接处设计连接定位结构，便于后期的组模，

所述的定位结构如图2所示，利用子模块1的重力将两个用于定位的外凸圆台2与内凹圆台3结构紧密配合在一起，这样使得两个圆台的中心连线完全重合在一起，达到了子模块1和子模块4之间的精确配合；砂块之间本身的摩擦系数大同时配合圆台具有一定的抗剪能力，达到子模块1和子模块4之间的自锁紧。

针对零件结构较复杂、尺寸较小、数控加工困难的适于添加成形加工的子模块，采用激光烧结成型设备完成型芯制造，其中包括采用激光烧结覆膜砂直接得到型芯或激光烧结高分子材料得到高分子模型后熔模间接制得型芯；尺寸较大、适于数控加工的子模块，采用砂型数控加工成形设备直接快速制得型芯；

不同型芯子利用设计模块中的定位、锁紧结构组合在一起，浇注符合要求的金属液，冷却并清理外层砂型，最终得到金属件；

本发明结合了激光烧结成型和无模数控加工成形的优点，特别适用于对结构、尺寸和表面质量具有特殊要求的零件单件、小批量的零件制造，对新产品的开发和试制具有很好的促进作用。

以上对本发明及其实施方式的描述是示意性的，没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，进行其他实施例，均应属于本发明的保护范围。