專利名稱：一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的微精密鑄造成形方法。
技術(shù)背景隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，對微機(jī)械及微構(gòu)件的關(guān)注和需求 日益提高，在科技和工業(yè)各領(lǐng)域中，系統(tǒng)的整體性能都隨著組成構(gòu)件的微型化 而得到顯著的提高。微機(jī)械業(yè)已獲得廣泛應(yīng)用，例如微型衛(wèi)星，微型飛行器， 高效微型化學(xué)反應(yīng)裝置，微型泵，微型熱交換器，微型醫(yī)用內(nèi)窺鏡，微型渦輪 發(fā)電機(jī)等等，這些微機(jī)械都大量需要微齒輪、微梁、微桿等微構(gòu)件，而微型構(gòu) 件的質(zhì)量高低，直接關(guān)系到微機(jī)械整體性能的優(yōu)劣。目前微機(jī)械用微構(gòu)件的微細(xì)加工工藝主要有兩大類第一類為微細(xì)機(jī)電加 工技術(shù)，包括微細(xì)機(jī)械加工和微細(xì)電火花加工，但一般都只能制造二維復(fù)雜微 構(gòu)件，且材料利用率較低，加工效率低，難以高效的大批量生產(chǎn)；第二類為光 化掩模加工技術(shù)，包括半導(dǎo)體光刻工藝和LIGA工藝，但只能加工二維復(fù)雜形 狀，無法制造三維復(fù)雜微構(gòu)件，其中半導(dǎo)體光刻工藝的可加工厚度小，結(jié)構(gòu)的 高寬比小，LIGA技術(shù)需要將同步輻射x射線光刻、電鑄、注塑技術(shù)相結(jié)合， 這都需要極為昂貴的設(shè)備，制造成本高昂，材料利用率低，且可加工材料主要 是硅材料，種類單一。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)微構(gòu)件過程中，材料利用率低、無 法制造三維復(fù)雜形狀微構(gòu)件、成本高、工期長的問題，而提供的一種三維復(fù)雜 微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法。一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、制造微精密 鑄造用微型鑄型模具，然后將微型鑄型模具裝配到鑄造成形機(jī)上；二、將合金 放入刷好涂料的石墨坩堝內(nèi)，放入電阻爐中，熔化合金，得合金液并保溫；三、 微型模具抽真空的真空度為l l(T3Pa，將合金液倒入微鑄造成形機(jī)的壓射室 內(nèi)，在充型壓力為5 100MPa的條件下將合金液壓射入微型鑄型模具，充型結(jié)束保壓5 30s、再脫模，去除澆注系統(tǒng)后得三維復(fù)雜微構(gòu)件。本發(fā)明可一步式快速成形三維復(fù)雜的微構(gòu)件，其尺寸可小至微米量級，微 型鑄型模具可反復(fù)使用幾萬次，可縮短工藝流程，降低制造成本，提高加工效 率，減少制造工期，材料利用率高，并可成形多種工業(yè)合金。


圖1是具體實(shí)施方式
七中所得微精密齒輪的三維立體形貌圖片，圖1右側(cè) 淺色物為微精密齒輪；圖2是具體實(shí)施方式
七中所得微精密齒輪的掃描電鏡圖 片。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法按以 下步驟實(shí)現(xiàn) 一、制造微精密鑄造用微型鑄型模具，然后將微型鑄型模具裝配 到鑄造成形機(jī)上；二、將合金放入刷好涂料的石墨坩堝內(nèi)，放入電阻爐中，熔 化合金，得合金液并保溫；三、微型模具抽真空的真空度為l l(T3Pa，將合 金液倒入微鑄造成形機(jī)的壓射室內(nèi)，在充型壓力為5 100MPa的條件下將合 金液壓射入微型鑄型模具，充型結(jié)束后保壓5 30s再脫模，去除澆注系統(tǒng)后 得三維復(fù)雜微構(gòu)件。本實(shí)施方法步驟二中所用合金是鋁、鎂、鉛、鋅、銅、金、銀、錫或鉍基 合金等。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟一中微精密 鑄造用微型模具采用微細(xì)電火花和微細(xì)線切割工藝制造。其它步驟及參數(shù)與具 體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟一中微精密 鑄造用微型鑄型模具的制造材料為模具鋼或陶瓷。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施 方式一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中所用的 涂料由質(zhì)量百分比為25%氧化鋅、3%水玻璃和72%水組成。其它步驟及參數(shù) 與具體實(shí)施方式
一相同。本實(shí)施方式中涂料用于防止合金污染。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟三中微型模具抽真空的真空度為1Pa，其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟三中在充型壓力為50MPa的條件下將合金液壓射入微型鑄型模具，充型結(jié)束后保壓15s 再脫模。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法鑄造 Zn-Al合金的微精密齒輪按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、制造微精密齒輪鑄型模具，將 微精密齒輪鑄型模具裝配到微鑄造成形機(jī)上；二、將Zn-Al合金放入刷好涂料 的石墨坩堝內(nèi)，放入電阻爐中加熱，在47(TC下熔化Zn-Al合金，得到Zn-Al 合金液，降溫到44(TC下保溫;三、微精密齒輪鑄型模具抽真空的真空度為1Pa， 將Zn-Al合金液倒入鑄造成形機(jī)的壓射室內(nèi)，在充型壓力為40MPa、澆注溫度 為42(TC的條件下將合金液壓射入微型鑄型模具內(nèi)，充型結(jié)束后保壓8s再脫 模，去除澆注系統(tǒng)后得到三維復(fù)雜的微精密齒輪。本實(shí)施方式中所得微精密齒輪如圖1和圖2所示，圖1中可以看出微精密 齒輪外形為帶有兩個軸的齒輪盤，具有三維復(fù)雜形狀，微齒輪鑄件尺寸微小， 各部分的主要尺寸為齒盤外徑為580)im，齒尖寬度50)im，齒輪軸直徑為 300pm，長卯(^m;圖2中可以看出微精密齒輪鑄件的組織細(xì)小，晶粒尺寸為 5 8[im。
權(quán)利要求
1、一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法，其特征在于一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、制造微精密鑄造用微型鑄型模具，然后將微型鑄型模具裝配到鑄造成形機(jī)上；二、將合金放入刷好涂料的石墨坩堝內(nèi)，放入電阻爐中，熔化合金，得合金液并保溫；三、微型模具抽真空的真空度為1～10-3Pa，將合金液倒入微鑄造成形機(jī)的壓射室內(nèi)，在充型壓力為5～100MPa的條件下將合金液壓射入微型鑄型模具，充型結(jié)束后保壓5～30s再脫模，去除澆注系統(tǒng)后得三維復(fù)雜微構(gòu)件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法，其特 征在于步驟一中微精密鑄造用微型鑄型模具采用微細(xì)電火花工藝和微細(xì)線切 割工藝制造。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法，其特 征在于步驟一中微精密鑄造用微型鑄型模具的制造材料為模具鋼或陶瓷。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法，其特 征在于步驟二中所用的涂料由質(zhì)量百分比為25%氧化鋅、3%水玻璃和72%水 組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法，其特 征在于步驟三中微型鑄型模具抽真空的真空度為1Pa。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法，其特 征在于步驟三中在充型壓力為50MPa的條件下將合金液壓射入微型鑄型模 具，充型結(jié)束后保壓15s再脫模。
全文摘要
一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的液態(tài)微成形方法，它涉及一種三維復(fù)雜微構(gòu)件的微精密鑄造成形方法。它解決了現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)微構(gòu)件過程中，材料利用率低、無法制造三維復(fù)雜形狀微構(gòu)件、成本高、工期長的問題。其步驟是制造模具，裝配模具，熔化合金，將合金壓射成形，脫模后去除澆注系統(tǒng)后得三維復(fù)雜微構(gòu)件。本發(fā)明可一步式快速成形三維復(fù)雜的微構(gòu)件，其尺寸可小至微米量級，微型鑄型模具可反復(fù)使用幾萬次，可縮短工藝流程，降低制造成本，提高加工效率，減少制造周期，材料利用率高，并可成形多種工業(yè)合金。
文檔編號B22D17/08GK101214536SQ20071014496
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者任明星, 李邦盛, 闖 楊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)