[发明专利]一种三维复杂微构件的液态微成形方法

说明书

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。

背景技术

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，可缩短工艺流程，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。

附图说明

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。

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。