[发明专利]一种玻璃制造的易去除型芯的等静压近净成形方法

说明书

技术领域

本发明属于先进制造领域，具体涉及一种玻璃制造的易去除型芯的等静压近净成形方法，该方法尤其适用于制造复杂零件，如带复杂内腔的零件、表面形貌复杂的零件、带复杂内腔同时表面形貌复杂的零件等。

技术背景

冷等静压(Cold Isostaitc Pressing，CIP)是一种重要的粉末冶金成形方法，可以加工常规凝固条件下难以制造的高温合金材料，硬质合金材料，陶瓷材料等。与铸造和锻造方法相比，冷等静压具有制件组织均匀，无成分偏析，尺寸精度高，材料利用率高，纯度高，在制备过程中不需要加入任何成形剂，成本低等优点。但对于复杂零件，CIP成形致密度不高，致密度只能达到70％-80％。

热等静压(Hot Isostatic Pressing，HIP)是利用高温高压载荷来实现粉末材料的制备和零件成形的工艺方法。特别是，利用该技术可以实现陶瓷、硬质合金、复合材料、钛镍等贵重金属粉末零件的整体近净成形，其零件的力学性能与同材质锻件相当，尺寸精度可达0.1mm，且材料利用率超过90％，几乎不存在材料浪费。

传统的HIP方法成形复杂零件，采用金属如45钢等制造包套和型芯，由于型芯一般是刚性实心的，在HIP成形过程中型芯的尺寸形状保持不变，同时包套收缩，在棱角处会产生应力集中，无法保证零件受等静压即各个方向均匀受力而成形，从而成形出的零件尺寸性能无法达到要求。

另外，经热等静压成形之后要得到目标零件必须去除包套和型芯。包套通常可采用机加工或化学腐蚀的方法去除，但机加工方法对于去除型芯往往有很大的局限性，尤其对于复杂型芯，只能用化学腐蚀的方法来去除。然而，用化学腐蚀方法成本高，周期长，且对环境污染大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻璃制造的易去除型芯的等静压近净成形方法，采用该方法，型芯易去除且无污染，尤其适用于成形各种复杂零件，成形出的复杂零件尺寸性能好。

本发明提供一种玻璃制造的易去除型芯的等静压近净成形方法，其步骤包括：

(1)采用三维造型软件设计出包套和型芯的三维CAD模型；

(2)按所设计的三维CAD模型，用机加工或其他方法制造出金属包套，用机加工或铸造的方法制造出玻璃型芯；

(3)用冷等静压或模压的方法在玻璃型芯上直接成形目标零件毛坯；

(4)将毛坯放入金属包套中，对金属包套与端盖连接处实施封焊，然后进行检漏，若金属包套有漏气现象，则需重新对金属包套与端盖连接处封焊，至不漏气为止，若不漏气，则直接进行下一步；

(5)往金属包套内部充填玻璃粉，并震动摇实，对金属包套抽真空后，将抽气管封焊，从而获得压坯；

(6)对压坯进行热等静压处理；

(7)采用机加工或化学腐蚀方法去除包套，用震动或加热后急冷的方法使制件表面玻璃和玻璃型芯破裂，再用喷砂法去除玻璃介质和玻璃型芯，或者直接用喷砂法去除玻璃介质和玻璃型芯，最终得到目标零件。

针对传统等静压成形方法成形出的复杂零件尺寸性能无法达到要求，本发明提出了一种玻璃制造的易去除型芯的等静压成形方法，实现复杂零件的等静压近净成形。本发明将冷等静压与热等静压结合起来成形复杂零件，其中型芯采用玻璃制造。采用该方法，型芯易去除且无污染，成形出的复杂零件尺寸性能好。具体而言，本发明具有以下优点：

(1)材料利用率超过90％，比传统的加工方法如机加工、锻造、铸造等节约材料。

(2)用玻璃制造型芯，使零件毛坯在热等静压成形过程中，目标零件内腔和表面都由软化的玻璃传导压力，且各个方向上的压力相等，实现等静压近净成形，零件成形效果好；

(3)不仅可以成形内腔复杂的零件，还可以成形内腔复杂同时表面形貌也复杂的零件，比传统方法成形出来的零件尺寸性能好；

(4)型芯易去除。用金属材料制造型芯热等静压成形后的零件，表面的包套和玻璃介质较易去除，但型芯很难去除，机加工方法有局限性，大多数情况下只能采取化学腐蚀的方法。然而用玻璃制造的型芯，用喷砂的方法就很容易去除，这样既方便又环保。

附图说明

图1为中空圆筒Ni625零件毛坯冷等静压成形示意图；

图2为中空圆筒Ni625零件热等静压成形示意图；

图3为带螺钉型内腔Ti6Al4V零件毛坯冷等静压成形示意图；

图4为带螺钉型内腔Ti6Al4V零件热等静压成形示意图；

图5为带半球形内腔Ti6Al4V零件模压成形示意图；

图6为带半球形内腔Ti6Al4V零件热等静压成形示意图；