专利名称：一种三维复杂微构件的液态微成形方法
技术领域：
本发明涉及一种三维复杂微构件的微精密铸造成形方法。
技术背景随着科学技术和工业应用的进一步发展，对微机械及微构件的关注和需求 日益提高，在科技和工业各领域中，系统的整体性能都随着组成构件的微型化 而得到显著的提高。微机械业已获得广泛应用，例如微型卫星，微型飞行器， 高效微型化学反应装置，微型泵，微型热交换器，微型医用内窥镜，微型涡轮 发电机等等，这些微机械都大量需要微齿轮、微梁、微杆等微构件，而微型构 件的质量高低，直接关系到微机械整体性能的优劣。目前微机械用微构件的微细加工工艺主要有两大类第一类为微细机电加 工技术，包括微细机械加工和微细电火花加工，但一般都只能制造二维复杂微 构件，且材料利用率较低，加工效率低，难以高效的大批量生产；第二类为光 化掩模加工技术，包括半导体光刻工艺和LIGA工艺，但只能加工二维复杂形 状，无法制造三维复杂微构件，其中半导体光刻工艺的可加工厚度小，结构的 高宽比小，LIGA技术需要将同步辐射x射线光刻、电铸、注塑技术相结合， 这都需要极为昂贵的设备，制造成本高昂，材料利用率低，且可加工材料主要 是硅材料，种类单一。发明内容本发明目的是为了解决现有技术中生产微构件过程中，材料利用率低、无 法制造三维复杂形状微构件、成本高、工期长的问题，而提供的一种三维复杂 微构件的液态微成形方法。一种三维复杂微构件的液态微成形方法按以下步骤实现 一、制造微精密 铸造用微型铸型模具，然后将微型铸型模具装配到铸造成形机上；二、将合金 放入刷好涂料的石墨坩埚内，放入电阻炉中，熔化合金，得合金液并保温；三、 微型模具抽真空的真空度为l l(T3Pa，将合金液倒入微铸造成形机的压射室 内，在充型压力为5 100MPa的条件下将合金液压射入微型铸型模具，充型结束保压5 30s、再脱模，去除浇注系统后得三维复杂微构件。本发明可一步式快速成形三维复杂的微构件，其尺寸可小至微米量级，微 型铸型模具可反复使用几万次，可縮短工艺流程，降低制造成本，提高加工效 率，减少制造工期，材料利用率高，并可成形多种工业合金。
图1是具体实施方式
七中所得微精密齿轮的三维立体形貌图片，图1右侧 浅色物为微精密齿轮；图2是具体实施方式
七中所得微精密齿轮的扫描电镜图 片。
具体实施方式
具体实施方式
一本实施方式一种三维复杂微构件的液态微成形方法按以 下步骤实现 一、制造微精密铸造用微型铸型模具，然后将微型铸型模具装配 到铸造成形机上；二、将合金放入刷好涂料的石墨坩埚内，放入电阻炉中，熔 化合金，得合金液并保温；三、微型模具抽真空的真空度为l l(T3Pa，将合 金液倒入微铸造成形机的压射室内，在充型压力为5 100MPa的条件下将合 金液压射入微型铸型模具，充型结束后保压5 30s再脱模，去除浇注系统后 得三维复杂微构件。本实施方法步骤二中所用合金是铝、镁、铅、锌、铜、金、银、锡或铋基 合金等。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同是步骤一中微精密 铸造用微型模具采用微细电火花和微细线切割工艺制造。其它步骤及参数与具 体实施方式一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同是步骤一中微精密 铸造用微型铸型模具的制造材料为模具钢或陶瓷。其它步骤及参数与具体实施 方式一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同是步骤二中所用的 涂料由质量百分比为25%氧化锌、3%水玻璃和72%水组成。其它步骤及参数 与具体实施方式
一相同。本实施方式中涂料用于防止合金污染。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同是步骤三中微型模具抽真空的真空度为1Pa，其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一的不同是步骤三中在充型压力为50MPa的条件下将合金液压射入微型铸型模具，充型结束后保压15s 再脱模。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七本实施方式一种三维复杂微构件的液态微成形方法铸造 Zn-Al合金的微精密齿轮按以下步骤实现 一、制造微精密齿轮铸型模具，将 微精密齿轮铸型模具装配到微铸造成形机上；二、将Zn-Al合金放入刷好涂料 的石墨坩埚内，放入电阻炉中加热，在47(TC下熔化Zn-Al合金，得到Zn-Al 合金液，降温到44(TC下保温;三、微精密齿轮铸型模具抽真空的真空度为1Pa， 将Zn-Al合金液倒入铸造成形机的压射室内，在充型压力为40MPa、浇注温度 为42(TC的条件下将合金液压射入微型铸型模具内，充型结束后保压8s再脱 模，去除浇注系统后得到三维复杂的微精密齿轮。本实施方式中所得微精密齿轮如图1和图2所示，图1中可以看出微精密 齿轮外形为带有两个轴的齿轮盘，具有三维复杂形状，微齿轮铸件尺寸微小， 各部分的主要尺寸为齿盘外径为580)im，齿尖宽度50)im，齿轮轴直径为 300pm，长卯(^m;图2中可以看出微精密齿轮铸件的组织细小，晶粒尺寸为 5 8[im。
权利要求
1、一种三维复杂微构件的液态微成形方法，其特征在于一种三维复杂微构件的液态微成形方法，按以下步骤实现一、制造微精密铸造用微型铸型模具，然后将微型铸型模具装配到铸造成形机上；二、将合金放入刷好涂料的石墨坩埚内，放入电阻炉中，熔化合金，得合金液并保温；三、微型模具抽真空的真空度为1～10-3Pa，将合金液倒入微铸造成形机的压射室内，在充型压力为5～100MPa的条件下将合金液压射入微型铸型模具，充型结束后保压5～30s再脱模，去除浇注系统后得三维复杂微构件。
2、 根据权利要求1所述的一种三维复杂微构件的液态微成形方法，其特 征在于步骤一中微精密铸造用微型铸型模具采用微细电火花工艺和微细线切 割工艺制造。
3、 根据权利要求1所述的一种三维复杂微构件的液态微成形方法，其特 征在于步骤一中微精密铸造用微型铸型模具的制造材料为模具钢或陶瓷。
4、 根据权利要求1所述的一种三维复杂微构件的液态微成形方法，其特 征在于步骤二中所用的涂料由质量百分比为25%氧化锌、3%水玻璃和72%水 组成。
5、 根据权利要求1所述的一种三维复杂微构件的液态微成形方法，其特 征在于步骤三中微型铸型模具抽真空的真空度为1Pa。
6、 根据权利要求1所述的一种三维复杂微构件的液态微成形方法，其特 征在于步骤三中在充型压力为50MPa的条件下将合金液压射入微型铸型模 具，充型结束后保压15s再脱模。
全文摘要
一种三维复杂微构件的液态微成形方法，它涉及一种三维复杂微构件的微精密铸造成形方法。它解决了现有技术中生产微构件过程中，材料利用率低、无法制造三维复杂形状微构件、成本高、工期长的问题。其步骤是制造模具，装配模具，熔化合金，将合金压射成形，脱模后去除浇注系统后得三维复杂微构件。本发明可一步式快速成形三维复杂的微构件，其尺寸可小至微米量级，微型铸型模具可反复使用几万次，可缩短工艺流程，降低制造成本，提高加工效率，减少制造周期，材料利用率高，并可成形多种工业合金。
文档编号B22D17/08GK101214536SQ20071014496
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年12月29日
发明者任明星, 李邦盛, 闯 杨 申请人:哈尔滨工业大学