专利名称：精细饰纹零件的快速制造方法
技术领域：
本发明属于快速制造技术领域，涉及一种工作表面带有精细饰纹的薄壁零件的制造方法。
背景技术：
表面有精细饰纹的优质制品在市场上具有很强的竞争力，因此对其制造方法的研究十分重要。目前，精细饰纹的加工方法主要有(1)手工雕刻法劳动强度大，质量不稳定，效率低；(2)数控机械雕刻法因曲面的多样性和复杂性，预先获取工艺知识的时间长，且运动的点位精度差，对变深度、不均匀宽度的饰纹加工困难，制造精度难以保证；(3)光化学刻蚀法对于复杂曲面的掩膜吸附和变形精度难以控制，进一步影响了仿真性能；(4)激光雕刻法是一种很有发展前途的技术，但成本高，对变深度、不均匀宽度的饰纹加工难以完成，加工范围受到限制；(5)电铸法复制性能好，但加工周期长，污染较为严重；(6)熔模铸造法复制性能较好，但仅适用于低熔点材料。
上述各种方法，一类为在成形的底模上直接加工饰纹，不能实现成形和加工一体化；另一类为采用复形方法加工饰纹，但周期较长，对于陶瓷类高熔点材料无法实现加工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加工周期短、仿真性强、成形和加工一体化的精细饰纹零件的快速制造方法。
本发明技术方案是这样的精细饰纹零件的快速制造方法，通过以下步骤实现一、对精细饰纹原模进行表面处理；二、通过热喷涂方法对经步骤一处理过的原模在150℃～400℃温度下进行喷涂，使其表面形成皮膜；三、采用常规强化方法对在步骤二中形成的皮膜进行强化处理；四、采用熔化法或溶化法去除原模，对步骤三得到的皮膜进行脱模，得到精细饰纹薄壁零件。
上述步骤一中原模的表面处理是指抛光或清洁处理，使原模表面粗糙度Ra达到0.4μm～1.6μm。
对经上述步骤一表面处理过的原模通过常规方法进行表面预处理，形成隔离膜。
上述隔离膜为厚度为0.01mm～0.05mm的氧化物膜或硫化物膜或有机物膜。
上述步骤三采用的强化方法是指化学强化，或金属熔渗，或高能束熔凝，或高温热处理。
精细饰纹零件的快速制造方法，通过以下步骤实现一、对精细饰纹原模进行表面处理；二、通过热喷涂方法对经步骤一处理过的原模在150℃～400℃温度下进行喷涂，使其表面形成皮膜；三、采用常规强化方法对在步骤二中形成的皮膜进行强化处理；四、采用非金属背衬材料或低熔点金属及合金的背衬材料，将流动状态的背衬材料浇注在步骤三形成的皮膜外表面，进行背衬补强；
五、对步骤四得到的带有背衬材料的皮膜进行脱膜；六、通过加热熔除或物理化学溶化分解方法去除背衬材料，得到精细饰纹薄壁零件。
上述步骤一中原模的表面处理是指抛光或清洁处理，使其表面粗糙度Ra达到0.4μm～1.6μm。
对经上述步骤一表面处理过的原模通过常规方法进行表面预处理，形成隔离膜。
上述隔离膜为厚度为0.01mm～0.05mm的氧化物膜或硫化物膜或有机物膜。
上述步骤三采用的强化方法是指化学强化，或金属熔渗，或高能束熔凝，或高温热处理。
上述步骤五采用的脱模方法是指机械冲击法、热冲击法或破碎法。
本发明精细饰纹零件的快速制造方法，先对精细饰纹原模进行表面处理，然后在原模上喷涂形成皮膜，并对形成的皮膜强化处理后(1)直接去除原模，得到精细饰纹薄壁零件；(2)对强化处理的皮膜进行背衬补强，再将带有背衬的皮膜从原模上脱模，最后将背衬从皮膜上去除，得到精细饰纹薄壁零件。其加工周期短、仿真性强，实现了成形和加工一体化。
具体实施例方式
本发明精细饰纹零件的快速制造方法，原模表面处理是关键技术，它直接影响原模精度保持性和精细饰纹零件的复映精度，因此要进行抛或清洁处理来提高表面质量，原模表面粗糙度越小，喷涂制得的精细饰纹件越容易与原模分离，但过于光滑的原模表面不易粒子的初始沉积，故原模表面的粗糙度Ra一般在0.4μm～1.6μm范围内。当采用机械冲击法、热冲击法脱模时，还要在原模表面生成一层隔离膜，例如用重铬酸钾溶液、硫化钠溶液在金属表面生成氧化物膜、硫化物膜，也可以用甘油、乙醚等使原模表面浸润形成有机物膜，隔离膜过厚喷涂粒子不易沉积，喷涂过程难以顺利完成，隔离膜过薄皮膜与原模不能完整分离，造成脱模困难，要求隔离膜厚度在0.01mm～0.05mm左右。
喷涂成形所用的材料可以是金属及其合金、陶瓷、金属/陶瓷复合材料，粉末材料热膨胀系数要接近原模材料，减少界面应力。喷涂成形时原模的初始温度应保持在150℃～400℃范围内，以避免熔融的粉末高速撞击原模后，急剧冷却易造成过大的热应力。
喷涂成形后对皮膜进行合理的强化处理或背衬补强是必须的。喷涂过程中由于扁平化粒子在填充、搭接和不规则的生长过程中形成了有一定孔隙、机械力结合和近冶金结合共存的片层组织结构，不同程度地降低了喷涂成形件的使用性能，因此要进行化学强化、金属熔渗、高能束熔凝、高温热处理以进一步提高精细饰纹零件的机械强度。背衬补强是为了提高强化处理后的皮膜刚度，便于脱模以及预防、消除皮膜在脱模过程中容易变形、开裂、破碎缺陷。背衬补强应选用脱模时易于熔除的环氧树脂等非金属材料、熔点低于皮膜材料的金属及其合金材料进行浇注。
皮膜背衬补强之后，将带有背衬的皮膜与原模进行分离，即利用机械冲击法、热冲击法或破碎法，使皮膜剥离原模。采用机械冲击法脱模时，在背衬补强时，可预埋特制的环状或杆状制件，然后与浇注的背衬材料固结在一起以便于施加脱模拉力。采用热冲击法脱模时，根据皮膜与原模热膨胀系数差异，在皮膜上或者原模上施加液氮使两者分离。原模材料如果选用石膏、陶瓷等材料，可以采用破碎法脱模；原模材料若用低熔点金属或者无机盐类物质可以采用熔化法或溶化法去除。
脱模处理将原模去除后，剩下带有背衬的皮膜，然后将皮膜与背衬部分完整剥离，根据背衬材料的不同可以采用加热熔除或者是物理化学溶化分解方法去除背衬，最后获得精细饰纹零件。
如果原模可以采用熔化法或溶化法去除，皮膜经强化处理后，可以不加背衬补强而直接去除原模，得到精细饰纹薄壁零件。
实施例1本发明精细饰纹零件的快速制造方法，采用如下步骤实现一、原模选用带有精细图案的铝合金材料实物原型件，将原模用酒精清洗，进行表面清洁处理；二、将清洁后的原模放入T＝25℃，PH＝4，重量百分比浓度为0.05％～0.2％的重铬酸钾溶液中进行表面氧化处理，经过10～20分钟形成0.05mm左右的氧化膜；三、将氧化后的原模预热250℃，选用-170#～+240#的Ni01镍基合金粉末进行等离子喷涂成形，根据材料密度和所喷涂面积按沉积率60％计算所需粉末重量，使皮膜厚度达到2mm；四、喷涂成形完成后，采用激光熔凝法对形成的皮膜进行强化处理；五、采用机械冲击法使原模与皮膜间产生微裂纹，然后在铝合金实物原模一面浇液氮，很容易使铝合金原型与喷涂后的皮膜分离得到镍基合金精细图案薄壁零件。
实施例2本发明精细饰纹零件的快速制造方法，采用如下步骤实现一、原模选用带有精细图案的45#钢材料实物原型件，将原模用酒精清洗，进行表面清洁处理；二、将清洁后的原模放入T＝25℃，PH＝4，重量百分比浓度为0.05％～0.2％的重铬酸钾溶液中进行表面氧化处理，经过10～20分钟形成0.05mm左右的氧化膜；三、将氧化后的原模预热250℃，选用-240#～+320#的氧化锆粉末进行喷涂成形，根据材料密度和所喷涂面积按沉积率40％计算所需粉末重量，使皮膜厚度达到1.2mm；四、采用金属熔渗法对形成的皮膜进行强化处理；五、在喷涂后的原模周围设置模框，同时设置好环状的施力部件，将预先调制好的加有固化剂的环氧树脂浇注到皮膜上并与施力部件固结在一起，室温静置24小时。
六、采用机械冲击法实现原模与带有环氧树脂背衬的皮膜分离。
七、将带有背衬的皮膜放到熔箱中，加热到150℃熔化去除环氧树脂后得到带有精细图案的薄壁零件。
权利要求
1.精细饰纹零件的快速制造方法，其特征在于通过以下步骤实现一、对精细饰纹原模进行表面处理；二、通过热喷涂方法对经步骤一处理过的原模在150℃～400℃温度下进行喷涂，使其表面形成皮膜；三、采用常规强化方法对在步骤二中形成的皮膜进行强化处理；四、采用熔化法或溶化法去除原模，对步骤三得到的皮膜进行脱模，得到精细饰纹薄壁零件。
2.根据权利要求1所述的精细饰纹零件的快速制造方法，其特征在于上述步骤一中原模的表面处理是指抛光或清洁处理。
3.根据权利要求1所述的精细饰纹零件的快速制造方法，其特征在于对经上述步骤一表面处理过的原模通过常规方法进行表面预处理，形成隔离膜。
4.根据权利要求3所述的精细饰纹零件的快速制造方法，其特征在于上述隔离膜为厚度为0.01mm～0.05mm的氧化物膜或硫化物膜或有机物膜。
5.根据权利要求1所述的精细饰纹零件的快速制造方法，其特征在于上述步骤三采用的强化方法是指化学强化，或金属熔渗，或高能束熔凝，或高温热处理。
6.精细饰纹零件的快速制造方法，通过以下步骤实现一、对精细饰纹原模进行表面处理；二、通过热喷涂方法对经步骤一处理过的原模在150℃～400℃温度下进行喷涂，使其表面形成皮膜；三、采用常规强化方法对在步骤二中形成的皮膜进行强化处理；四、采用非金属背衬材料或低熔点金属及合金的背衬材料，将流动状态的背衬材料浇注在步骤三形成的皮膜外表面，进行背衬补强；五、对步骤四得到的带有背衬材料的皮膜进行脱膜；六、通过加热熔除或物理化学溶化分解方法去除背衬材料，得到精细饰纹薄壁零件。
7.根据权利要求6所述的精细饰纹零件的快速制造方法，其特征在于上述步骤一中原模的表面处理是指抛光或清洁处理。
8.根据权利要求6所述的精细饰纹零件的快速制造方法，其特征在于对经上述步骤一表面处理过的原模通过常规方法进行表面预处理，形成隔离膜。
9.根据权利要求8所述的精细饰纹零件的快速制造方法，其特征在于上述隔离膜为厚度为0.01mm～0.05mm的氧化物膜或硫化物膜或有机物膜。
10.根据权利要求6所述的精细饰纹零件的快速制造方法，其特征在于上述步骤三采用的强化方法是指化学强化，或金属熔渗，或高能束熔凝，或高温热处理。
11.根据权利要求6所述的精细饰纹零件的快速制造方法，其特征在于上述步骤五采用的脱模方法是指机械冲击法、热冲击法或破碎法。
全文摘要
本发明公开了一种精细饰纹零件的快速制造方法，其先对精细饰纹原模进行表面处理，然后在原模上喷涂形成皮膜，并对形成的皮膜强化处理后(1)直接去除原模，得到精细饰纹薄壁零件；(2)对强化处理的皮膜进行背衬补强，再将带有背衬的皮膜从原模上脱模，最后将背衬从皮膜上去除，得到精细饰纹薄壁零件。其加工周期短、仿真性强，实现了成形和加工一体化。
文档编号C23C24/00GK1772421SQ20041006571
公开日2006年5月17日 申请日期2004年11月10日 优先权日2004年11月10日
发明者方建成, 赵紫玉 申请人:华侨大学