一种深孔零件的金属增材制造方法与流程

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种加工带有超大长径比深孔的零件的制造方法。

背景技术：

在机械行业与机械制造中，有时会使用到深孔，而深孔类的零件不易加工，由于其长度和孔径的比值很大，需要对加工的过程进行精确的控制来防止走偏，同时，对采用的刀具也有较高的要求，由于深孔内散热不良，如何保证高温下刀具的强度也是目前深孔加工的难点，传统方法利用钻头直接加工，手工操作时对工人的水平要求极高，机械切割时也需要精确控制其精度，对于机械设备也有较高的要求。以现有的工艺与技术，在进行深孔加工时都存在不可避免的若干问题。

针对以上的问题，部分研究者也提出了相应的解决方案，但依然存在着一定的问题。在专利号为CN201110063360的发明专利“深孔加工装置”中，采用了一种专门的深孔加工装置，利用各种机械零件与机构的配合，保证深孔加工的精密度，但是，在这个专利中，整套设备的结构复杂，成本较高，体积较大，安装与操作工艺复杂，对操作人员的要求较高，很难进行大规模的工业化生产。在专利号为CN201420014691的实用新型专利“用于细长孔加工的枪钻”中，采用了一种分级式（主要针对钻头）的深孔加工装置，大幅提高了装置的适用性和便携性，但是分级加工对深孔的尺寸控制也存在着一定的问题。综上所述，目前既有的技术都是在机械加工设备上进行改进，很少有在工艺上采用新思路的做法。

此外，对于需要特别定制加工的深孔或少量生产时，特意去定制专门的设备经济效益低，且造成材料或者设备的浪费，消耗时间长；且部分加工难度较高的金属材料可能会对设备造成损坏，也是需要考虑的问题，在这种前提下，有必要研究设计新的深孔加工方法。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种深孔零件的金属增材制造方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、根据待加工的深孔零件设计尺寸，将零件从长度方向分为若干层；

步骤二、将零件轮廓模具固定在基板上端工作面上，利用堆焊技术在模具内进行第一堆焊层加工；

步骤三、待第一堆焊层冷却后，将第一堆焊层从模具中取出，对钻孔平面进行铣平处理，使第一堆焊层上下端保持水平；

步骤四、根据待加工深孔零件上深孔设计位置和尺寸，选择对应孔径的钻头，从设计位置开始进行钻孔处理，只至将第一堆焊层钻穿，形成第一道圆孔；

步骤五、用易熔材料或砂粒对已加工孔进行封堵；

步骤六、将第一堆焊层放置于基板上，将模具套设在第一堆焊层上端，继续在模具内进行第二堆焊层的堆焊加工和第二圆孔的加工，重复步骤三到步骤五，直至堆焊层达到零件设计长度；

步骤七、将已成型零件外形进行后续加工处理，完成整个深孔零件的制造。

所述每一道堆焊层加工完成后，需对其表面进行铣削加工，保证铣削后的堆焊层上表面与深孔钻削方向垂直。

在新的堆焊层上进行钻孔操作时，应确保钻孔位置的准备，可以事先选择参照物进行测量，或利用机械约束条件进行校准；具体操作中，可以利用模具进行孔的定位，记录设计图纸中孔的轴线到模具各面的距离，或选择其他可能参照物进行定位；有条件的话，也可以使用机械装置定位，如二维或三维工作台，利用其上的各种粗调或微调装置进行定位校准；也可利用在远处固定的激光设备，保持孔轴线与其射出的激光重合以实现定位。

所述的模具侧壁与零件外壁紧密贴合，堆焊成型时不会有熔融材料从模具侧壁流出，堆焊层成型凝固后可以取出不与模具粘连，当深孔零件长度很长时，模具不设底面，将每一次成型后的堆焊层作为下一次堆焊操作的底面，模具与基板均不会与零件的堆焊材料发生冶金反应。

所述步骤五中的易熔材料为石蜡，本方法需要在加工好的层上进行进一步堆焊，在完成一道堆焊后，若孔径较大，应使用石蜡等易熔材料或砂粒等可方便排出的材料进行封堵，在重力作用下，被封堵柱的孔不会被上层材料破坏。

本发明具有如下优点：

本发明所采用的方法与传统方法相比以及其他专利中所作出的改进相比，该方法是从思路上进行了优化，跳开了先将整个零件制造处理再进行钻孔操作的常规思维定式，进行先钻孔后整体零件成型的操作，该方案具有明显的优势如下：

1、回避了普通深孔加工过程中刀具会出现的各种问题，如刀具走偏、散热不良、排屑困难等问题而导致孔的加工质量不高，这些问题在本专利中的分段浅孔加工中得到很大改善；

2、不需要任何大型设备，操作工艺简单易懂，甚至不需要外界提供电能就可以完成操作；

3、适用但不限于铜合金、钢铁材料、铝合金等深孔零件的制造，尤其是对于硬质合金来说，普通的钻削对钻头的损伤很大，而通过采用这一项工艺，可以避开钻头可能造成的不利影响；

4、和常规的深孔加工改进方法相比，本发明提供的办法没有长度极限，理论上可以制造出任何所需长度的深孔；

5、与传统深孔加工方法相比，本方法可以在加工过程中控制精度，及时进行修正或校准，避免了传统加工中“一钻到底”的误差累积；

6、适合于个性化生产，不需特别定制钻头。

附图说明

图1为本发明中基板结构示意图；

图2为本发明第一堆焊层加工示意图；

图3为本发明第一道圆孔加工示意图；

图4为本发明第二堆焊层加工示意图；

图5为本发明第二道圆孔加工示意图；

其中：1-基板，2-第一堆焊层母材，3-第一道圆孔，4-第二堆焊层母材，5-第二道圆孔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-5所示，将本发明中的一种深孔零件的金属增材制造方法，应用到方形深圆孔零件的堆焊制造，所需材料为：焊粉、火药、引线，所需设备为：方形模具，钻头，铣床。

成型过程如下：

步骤1：将所需成型的方形深圆孔零件设计分为若干个堆焊层，计算出每一层所需要的焊粉质量；

步骤2：将焊粉倒入放置在基板1上的模具或者坩埚中，本次实施采用的焊粉材料为98%的铜焊粉，外加2%的Na₂SO₄，将引线插入焊粉中，然后在焊粉的表面均匀地撒上火药，引线周围的火药可略多一点；

步骤3：点燃引线，此过程注意人身安全，此步骤中焊粉熔化成型，此后等待其自然冷却，完成第一堆焊层母材的成型；

步骤4：冷却后移走模具或坩埚，将第一道堆焊层母材上表面进行铣削，此过程务必保证铣削后的平面与基板平行，保证深孔的轴向与底面垂直；

步骤5：选择合适的钻头，在上表面所需钻孔的位置进行第一道圆孔3的钻削，并保证将此堆焊层钻透；

步骤6：若孔径较大时，可以使用易熔材料（如石蜡等）将此孔填充至上表面处；

步骤7：将已完成的第一堆焊层继续放置于基板1上，上部套设模具或坩埚，将第一堆焊层作为后续堆焊操作的底面，重复步骤2到步骤6，直至零件的长度达到设计要求，此步骤需要特别注意钻孔的定位精度；

步骤8：堆焊全过程完成后，若有需要，对已成型的方形深圆孔零件进行表面加工、热处理等处理。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。