專利名稱：：由低成本的陶瓷或聚合物制造機械要求高的工件和專用工具的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及制造高要求的工件的方法，且特別是非常適合于工具和模具的方法，這種方法是通過將低成本高阻力基礎(chǔ)材料(如高阻力和超高阻力混凝土[UPC，UHPC]，高阻力低水混合物可澆注的或高阻力熱固性聚合物)鑄造成預(yù)期形狀，隨后至少部分地用金屬或工業(yè)陶瓷涂敷表面。通常像冷噴涂、CVD、PVD或如電弧、等離子體、激光、氧化燃料(oxi-fuel)等的熱噴涂技術(shù)等的投射或沉積技術(shù)可以用來提供金屬層。金屬層也可以被部分或完全熔化和/或噴丸(shotblasted)。也可以投射或沉積工業(yè)陶瓷。在回轉(zhuǎn)輪廓(revolutionfigure)的情況中，可以使用金屬襯里或環(huán)。
背景技術(shù)：
：如今，用于構(gòu)建混凝土工具的技術(shù)例如存在于US4588443中。然而，由于缺少機械阻力，這些方法不能應(yīng)用于片狀拉絲或其它要求高的應(yīng)用，這是因為在工作區(qū)域中所采用的混凝土或金屬層的阻力太低。還存在一些用于獲得具有高阻力的增強型聚合物混凝土(GB2250703A)、用于構(gòu)建注模的纖維增強型的混凝土(JP2003170410)的技術(shù)，或增強型高阻力的聚合物的應(yīng)用(W003/039779Al)。然而，在所有的這些情況中，采用這些技術(shù)用于成形高質(zhì)量的薄片和其它金屬至金屬接觸應(yīng)用的可能性非常小。用來增強混凝土或聚合物的元件劃傷被拉制出的薄片，并且表面微缺陷允許薄片顆粒的沉積，這又在隨后將被拉拔出的薄片上產(chǎn)生粘附。為了避免這種影響，開發(fā)了一些技術(shù)，通過表面熔化金屬層(DE69908273T2)，或者通過采用可以用作混凝土混合物的鑄模的層(JP2002346663，DE202006010493U1)。在這兩種情況中，金屬-混凝土聯(lián)合體的質(zhì)量僅對于少數(shù)應(yīng)用是滿意的。已知在通過金屬的熱投射(thermalprojection)所制造的工件中將混凝土作為支撐構(gòu)件而不作為主要阻力構(gòu)件(如本發(fā)明中的情況)。通常，在將混凝土用作支撐構(gòu)件的這些技術(shù)中，如果它被通過在另一模型上熱投射來獲得，那么混凝土被澆注到金屬工件中(JP63309332,US3631745,JP2104424,JP2251323)。當(dāng)混凝土為阻力構(gòu)件時，在混凝土上實現(xiàn)熱投射用于保護混凝土防止腐蝕或防火也是已知的，如在US6224943、EP0669299A2和US5879817中所描述的。在機械要求低的情況下，在制造低成本模型時在低阻力樹脂上進行熱投射也是已知的(JP60108122)。存在多種技術(shù)，用于通過熱投射來插入層，其與金屬基板相比，特別是與陶瓷和硬質(zhì)金屬相比，是耐磨損或耐腐蝕的(JP2004175112)。
發(fā)明內(nèi)容在薄片處理工業(yè)中，工具成本通常占所制造的工件的成本的重要部分。由于這個原因，低成本工具的制造非常引人關(guān)注，特別是在這些工具中的一些不需要具有非常長的壽命周期時。在多種其它工業(yè)中，大型結(jié)構(gòu)或機械部件的使用代表著高成本，特別是在這些元件需求非常高以及必須采用昂貴的鑄造金屬或者甚至鍛造的金屬來承受涉及的高載荷時。這通常是能量轉(zhuǎn)換機械和加工機械中的情況。用于形成薄片的大多數(shù)工具通過澆注鐵合金以及隨后最終機加工成期望的幾何形狀而制成。它們也從金屬塊開始制造，金屬塊被機加工，直到它們到達期望的幾何形狀。然而，這通常意味著通過機加工去除大量的材料。本發(fā)明特別有利地用于制造大型深拉模。通常，根據(jù)下述過程通過澆注鋼來制造深拉模-獲取模型(最經(jīng)常采用的材料是發(fā)泡聚苯乙烯，但也可以采用其它材料，特別是在最終的機加工應(yīng)當(dāng)被最小化時，這是因為發(fā)泡聚苯乙烯的尺寸穩(wěn)定性低)-獲取砂模，其放置在所述模型周圍-在所述砂模中澆注熔化的鋼混合料(熔化物本身去除了所述模型，在不使用聚苯乙烯的情況中，可以事先取走所述模型，可以在中空的洞穴中澆注所述熔化物)-取走所述砂模并清洗所述熔化物-熱處理所述熔化物_可選的_最終的機加工_最終的熱處理在一些情況中且首先，如果時間壓力大以及如果期望將工具用于制造小型的系列，則模具通過碎屑去除機加工由金屬塊制造，所述金屬塊易于機加工且通常由鋁合金或低合金鋼制成。最終完成的深拉模需要具有的特性是_尺寸穩(wěn)定性，用于確保獲得預(yù)期的工件。這意味著所采用的材料需要具有足夠的機械阻力。為此目的經(jīng)常使用的鋁通常具有300MPa的阻力，通常使用的鋼一般具有大于400MPa的機械阻力。-韌性，用于確保工具不斷裂。這是使用金屬的通常原因。-耐磨性，用于確保所獲得的工件的幾何形狀在工具使用壽命期間不會明顯地改變。這是為什么依賴于所要求的工具使用壽命和形成的薄片類型使用不同材料的基本原因。-表面狀況，用于確保所制造的工件具有好的表面質(zhì)量。工具不應(yīng)當(dāng)劃傷所制造的部件。劃傷可以由工具材料中的非常耐磨和大的顆粒的存在而導(dǎo)致，所述顆粒由更易變形的或降解的基質(zhì)包圍。這增加了接觸壓力，這是因為實際接觸的面積明顯減小。如果在工件材料和工具之間存在親合力，那么工件上的劃傷或標(biāo)記也可以由粘附物導(dǎo)致?；蛘咚鼈兛梢杂晒ぞ呱系目谆虮砻嫒毕菀?，在其中可以沉積一些工件材料，所述工件材料又與隨后處理的工件具有大的親合力。也可以考慮第五個要求即獲得具有提高的尺寸公差的工件的必要性。也就是說，工具需要具有高的尺寸精度和穩(wěn)定性。所有的上述要求和它們中的至少一些對許多其它應(yīng)用來說都是共有的，因此可以適用于在本發(fā)明中提出的方案。這是機械中具有許多結(jié)構(gòu)和主動部件的情況。在大型機械部件的情況中，采用本發(fā)明的方法的經(jīng)濟優(yōu)勢甚至更大。罩、軸、轉(zhuǎn)子、輥軸、滑動接觸件、電動滑車、機床工作臺和許多其它工件都是本發(fā)明應(yīng)用的候選物。而且，本發(fā)明允許提供具有多種表面或表面下功能的所制造的工件例如，在幾乎任何可能的預(yù)期圖案中的加熱、冷卻、傳感、致動器、傳導(dǎo)或感應(yīng)的功能。這對無數(shù)的應(yīng)用范圍是極其有吸引力的，用作例子感應(yīng)器、定子、熱成形冷卻原型模……考慮到工具的要求，本發(fā)明提供了獲得高需求的工件的方法，特別有利的是用于像大型的深拉模之類的工具，通過用低成本的基礎(chǔ)材料和由更昂貴的材料制成且提供前述段落中描述的必要性質(zhì)的表面層構(gòu)建目標(biāo)工件來具有所要求的特性且成本相當(dāng)?shù)汀Ｋ鰧油ǔＭㄟ^熱投射或沉積技術(shù)添加。通常，添加層是金屬性的，通常為鋼。然而，在需要具有高耐磨性或電絕緣或絕熱效果的工件的情況中，所述層也可以為工業(yè)陶瓷，最后，表面層也可以為金屬間化合物或包含所描述的三種材料(金屬、金屬間化合物和工業(yè)陶瓷)族的任何一種的復(fù)合物。在壓電、熱電(piroelectric)、強磁性或其它傳感器或致動器作用的情況中，通常，具有期望性質(zhì)的陶瓷通常結(jié)合金屬支撐層被投射。在制成的工件的表面中具有確定的熱或電傳導(dǎo)路徑的情況中，通過適當(dāng)?shù)难谀Ｌ幚硪云谕男问酵渡渚哂胁煌膶?yīng)性質(zhì)(主要是熱或電傳導(dǎo)性或磁導(dǎo)性)的材料。因此，本發(fā)明的第一方面涉及一種工件或工具，包括具有高于60MPa的機械阻力的陶瓷或聚合體基礎(chǔ)材料，其至少部分地用金屬、金屬間化合物或工業(yè)陶瓷進行涂敷。本發(fā)明的第二方面涉及一種工件或工具的制造方法，包括下述步驟a)將具有高于60MPa的機械阻力的陶瓷或聚合體基礎(chǔ)材料澆注成預(yù)期形狀；b)允許所述的基礎(chǔ)材料至少部分地固化或硬化；以及c)用金屬、金屬間化合物或工業(yè)陶瓷至少部分地涂敷由步驟b)獲得的工件的表面。具體實施例方式以下將僅以舉例的方式描述具體實施例方式在本發(fā)明中，所采用的低成本基礎(chǔ)材料通常為混凝土或低水混合物澆注料。雖然高阻力熱固性聚合物有一點不合適，但也是可以使用的。可替代地，可以使用具有足夠機械性能的高阻力聚合物或任何低成本陶瓷。所要求的支撐基礎(chǔ)材料的阻力水平依賴于必須被成形的薄片(依賴于它的機械阻力、厚度和拉拔的幾何形狀)，并且最重要是依賴于所采用的表面層的厚度。對于用于汽車工業(yè)中的外殼制造的大型模具，使用具有約240MPa的機械阻力和約200MPa的彈性極限的用于拉拔的高性能的薄片。在圖1中可以看出，對于具有相當(dāng)小銳角的拉拔幾何形狀，可能要求大于200MPa的表面阻力，但在離表面僅0.5mm的位置處，所要求的阻力低于150MPa。存在多種具有高于IOOMPa的抗壓力的許多低成本材料，特別是混凝土和熱穩(wěn)定性材料(thermostables)。以添加有助熔劑和/或硅石的瓷料(白陶巖(porcelainates))為基材的常規(guī)混凝土可以實現(xiàn)140MPa的阻力。存在具有阻力大于120MPa的聚合物水泥。以低濕度水泥和纖維增強相為基材的預(yù)混合混凝土(“低水混合物澆注料”)可以到達大于250MPa的阻力。而且，具有大于300MPa的阻力的熱固性聚合物可以用作基礎(chǔ)材料或部分地代替陶瓷。這種聚合物基礎(chǔ)材料也是非常好的候選物，用于填充在基礎(chǔ)材料澆注期間可能保留的表面空洞，特別是如果所述空洞對金屬或工業(yè)陶瓷層的涂敷是有害的。如果所采用的熱投射工藝將基材暴露于高溫，或者如果最終的應(yīng)用在特定的溫度下要求特定的阻力，則可以采用以鋁酸鹽為基礎(chǔ)的耐火混凝土或以氧化鋁為基礎(chǔ)的低水混合物水泥。如果在混合工藝期間采用內(nèi)部和/或外部振動器，則可以實質(zhì)上改善許多的這些混凝土的特性。具有較高阻力的這些低成本材料中的一些材料需要高能量輸入混合。這些材料中的一些需要老化過程，其可能要求將它們暴露至高溫。可以用于特定應(yīng)用的其它材料為聚合物模與金屬或陶瓷增強相(另外低成本陶瓷的增強相)的合成物，或者為陶瓷模與金屬或聚合物增強相的合成物。在本發(fā)明的一些例子中，感興趣的是低成本基礎(chǔ)材料具有盡可能高的機械阻力。這例如是許多機械元件的情況，也是采用本發(fā)明制造用于成形非常硬的AHSS薄片的工具時的情況。在這種情況中，可以使用極高阻力的混凝土?？梢圆捎脦讉€訣竅來增加高阻力混凝土(HPC)的已經(jīng)高的機械阻力，例如剛剛澆注它之后向該工件施加加壓步驟，以突然排出混合物中的一些水，這是在填充期間讓混凝土流動所需要的，但在混凝土固化期間是不期望的(它可能要求特殊的鑄模構(gòu)造)，以這種方式可以達到大于400MPa的機械阻力；使用金屬球或集料(也可以被涂敷)代替一部分干料(arid)，以這種方式，可以達到大于IOOOMPa的機械阻力；采用納米度量的金屬粉末(也可以被涂敷)部分地代替水泥，以這種方式，可以達到大于1300MPa的機械阻力，前述策略也可以組合使用。當(dāng)基礎(chǔ)材料的抗張強度也重要時，使用金屬纖維(不同的性質(zhì)和長度)、聚合體的纖維或紡織纖維以及其它增強相可能是非常有利的。在本發(fā)明的一些例子中，認識到可以獲得重量輕的部件。為了進一步增強這種特性，通過故意在低成本基礎(chǔ)材料中保留空洞，或在澆注之前將一些輕質(zhì)材料混合到混合料中，可以使得基礎(chǔ)材料的重量降低。這種實踐的說明性例子將是添加具有期望尺寸的成球形或塊狀(chimck)的發(fā)泡聚苯乙烯(polyesthirene)，在澆注陶瓷之后，這種添加材料可以被去除，以在混凝土上留下空洞(可以采用溫度、酸或其它手段去除所述材料)，或簡單地留在原來的位置上。如果期望有空洞，或者輕質(zhì)材料將要留在基礎(chǔ)材料中，則可以采用其它可去除材料，如球形或顆粒狀的低密度聚合物、纖維素、蠟。通過在鑄模填充期間吹送氣體，也可以在基礎(chǔ)材料中留下空洞。為了制造包括極高阻力的混凝土或其它具有極高阻力的低成本材料以使它具有預(yù)期幾何形狀的模具，通常使用發(fā)泡的聚苯乙烯。對于要求大的精度以避免機械加工或能夠進行陶瓷涂敷的應(yīng)用，通常使用具有大的尺寸穩(wěn)定性的材料，如高密度的聚丙烯或木材成分。如果可以利用，也可以使用具有期望形狀的薄片。在這種情況中，采用油灰，以具有容易去除的且將在之后被熱投射層替換的厚的隔離物。可以使用許多種材料和工藝，以獲得這種模型。與金屬相比，陶瓷和高阻力聚合物的較大脆性是個問題。如果應(yīng)當(dāng)獲得具有與可能的敲擊或脫落相關(guān)的大的公差的模具，則應(yīng)當(dāng)對基礎(chǔ)材料進行鎧裝防護(armour)。在低濕度水泥(“低水混合物澆注料”)的情況中，應(yīng)當(dāng)使用具有與基礎(chǔ)材料類似的線性熱膨脹系數(shù)的金屬，以避免老化過程期間模具破裂。即使在暴露至相當(dāng)大的溫度變化的模具的情況中，采用具有與基礎(chǔ)材料本身類似的線性熱膨脹系數(shù)的金屬是便利的鐵或鎳(或具有作為基體合金化成分的這些材料中的一種的任何合金)用于以瓷料為基礎(chǔ)的混凝土，聚合物混凝土、不脹鋼、康銅、鎢或鉬(或具有作為基體合金化成分的這些材料中的一種的任何合金)，用于具有高含量的氧化鋁和/或硅石的水泥?；炷潦强垢邏贺撦d的，但它們的阻力在抗張應(yīng)力下低。幾乎所有的陶瓷和許多高阻力聚合物的抗張強度都差。這是本發(fā)明的工件經(jīng)常被鎧裝防護的主要原因。確保工件不遭受抗張應(yīng)力的另一種形式是采用箍或外部金屬壓縮環(huán)或框架。所述箍或環(huán)也可以用來對鎧裝的桿預(yù)加應(yīng)力。以這種方式，可以在所有的工件區(qū)域中獲得更加壓縮的張力狀態(tài)，這允許制造更復(fù)雜的幾何形狀。但是，對于一些應(yīng)用，低成本基礎(chǔ)材料的抗張機械阻力是足夠的。特別是在工作層通過金屬的投射或沉積涂敷時，允許鎧裝的桿僅僅伸出位于將要被投射的表面上的低成本基礎(chǔ)材料通常也是有利的，以為投射的或沉積的涂層提供額外的錨定點ο通常令人感興趣的是為工件提供金屬基底、板、框架或澆鑄件，它們可以僅僅用于運輸或裝配/錨定手段，但在意外情況中也可以提供彈性，如果在澆注或剛澆注完時，金屬板、澆鑄件或框架設(shè)置有銷釘(spike)和接合至低成本材料。在本發(fā)明中，通常為鋼或(以Fe、Ni、Co、Al、Mo、W或其它金屬為基體的)其它金屬合金的金屬膜將放置在表面上，以增強工作區(qū)中的韌性，承受表面上的負載，便于加工，并且最重要的是允許對制造的工件進行好的表面精加工。除了可以用作表面工作層外，提供所要求的功能性的其它材料為金屬間化合物和工業(yè)陶瓷(或任何包含它們的合成物，如是硬質(zhì)金屬的情況)。投射和沉積方法是獲得這種金屬、金屬間化合物或工業(yè)陶瓷表面層的最佳候選方法，但可以采用浸漬在熔化物或漿或包含高粘性顆粒的涂料(如溶膠凝膠)中，特別是在已經(jīng)存在第一投射/沉積中間層時。熱投射的變形中的一種(不管投射材料的加速/輸送的速度和方式，加熱投射材料和輸送流體的方式，投射材料[粉末、其它顆粒、桿……]的形狀和尺寸，投射的材料是否軟化或部分熔化，以及它是否可以考慮冷或熱噴涂)則是非常適合獲得表面層的工藝，以及冷噴涂投射、等離子投射(“等離子體噴涂”)、HVOF投射(“高速氧燃料噴涂”)、HFPD投射(“高頻脈沖爆燃”)、氧乙炔投射(“火焰噴涂”)、電弧投射(“電弧噴涂”)或任何其它方式。通過沉積流體或汽化(CVD-化學(xué)汽相沉積、PVD-物理汽相沉積，EB-電子束轟擊、離子注入、等離子汽相沉積……)，也可以進行表面涂敷。如果它們在受控氣氛腔(在大氣壓力以及負壓/低氣壓下)中實現(xiàn)，則這些工藝中的一些可以增強投射/沉積層的一些特性和接合質(zhì)量?？梢允褂萌魏纹渌试S插入足夠厚的層和在層或基礎(chǔ)材料之間提供好的結(jié)合性的工藝，如陰極敷層，或浸漬到期望材料的熔化物或包含期望材料的漿中，其隨后被干燥、刻蝕或燃燒，以去除載體。在每種情況中，所選擇的技術(shù)依賴于與基底低成本陶瓷和加工面的界面處所要求的性質(zhì)，這又取決于許多工藝參數(shù)和幾何條件作用。一個將要考慮的很重要的方面是投射/沉積層上的殘余抗張應(yīng)力，這是由不同的可行的技術(shù)留下的，且經(jīng)常又依賴于層的厚度。當(dāng)構(gòu)造具有圓柱對稱性的工件時，表面層可以作為固體涂敷。對于如任何類型的軸和卷軸的情形的外部圓柱對稱性，金屬環(huán)或套可以用作工作面，可以通過下述方式對它進行加箍，即對它進行加熱并因此使它膨脹，在壓力的幫助下插入它并讓它冷卻，因此相對于基礎(chǔ)低成本材料收縮，改善錨定。對于如電機滑塊中的圓筒形孔或許多其它形狀的情形的內(nèi)部圓柱對稱性，金屬襯里可以用作工作面(它可以是加壓安裝的并深度凍結(jié)的，低成本材料被加熱以改善錨定)。當(dāng)每種應(yīng)用中工具表面上所期望的功能性不同時，存在數(shù)不盡的可用用作表面層的材料。特別地，可以投射或沉積具有期望硬度且具有增強機械性的鋼、具有滑潤劑或防粘劑粒子的鋼、具有優(yōu)化的摩擦行為的材料和/或具有極佳的耐磨性的材料，以及前述具有特定的熱、磁、電、壓電或熱電(piro-electric)或任何其它特定性質(zhì)的材料。原則上，可以插入每種類型的金屬、金屬合金、金屬間化合物或陶瓷或者甚至它們的合成物。當(dāng)用金屬涂敷時，附著力對整個性能具有非常顯著的影響，因此改善界面處的附著力是很重要的。為了這樣做，可以采用金屬纖維。通常所述纖維與低成本基礎(chǔ)材料以及澆注料混合在一起，除非在低成本基礎(chǔ)材料的主體中也期望有所述纖維，用于增加抗張應(yīng)力狀態(tài)下的阻力，則這種纖維可以引導(dǎo)至表面，優(yōu)選垂直它定向，以具有最大的纖維拔出阻力。這可以通過施加電場或磁場來定向所述纖維而實現(xiàn)。例如一些永磁鐵可以粘合至成型鑄模，使得當(dāng)填充一定體積百分比的鐵磁纖維已經(jīng)結(jié)合到其中的低成本材料時，以及在混合料的振動期間，纖維可以流向與大致垂直于表面的力線對齊的磁體。為了進一步增加投射表面上的金屬的量，所述工件可以被噴丸強化(shotpenned)或噴砂清理(shotblasted)，以使金屬纖維在所述表面上擴展。投射的金屬非常好地粘附至基礎(chǔ)材料的金屬上，更多地在其可以塑性變形時，并且如果在投射期間或在后期處理中溫度足夠高，還可以獲得一些擴散結(jié)合。當(dāng)在陶瓷或聚合物上投射金屬時，結(jié)合主要是機械結(jié)合，因此在表面有點粗糙(提供了良好的錨定點)時較好。當(dāng)基礎(chǔ)材料具有金屬纖維時，如果這些纖維在熱投射或沉積之前被激活(激活理解為去除所有的表面氧化物，以具有盡可能為金屬性的纖維表面)，則也極大地改善了錨定性。為此目的，特別指出采用噴砂處理(金剛砂、玻璃球或微?！?或噴丸強化(特別是采用金屬球)來激活金屬纖維和低成本基礎(chǔ)材料表面，但可以采用任何其它方法(研磨、拋光、粗糙處理……)?？梢钥紤]應(yīng)用中間層，以增強表面工作層的附著力。這種層例如可以為熱穩(wěn)定層，其是防濕的，且耐堿成分(以避免對中間相中使用的金屬層的侵蝕)。在JP4107251中描述了這種方法。為了增強機械投射層的附著力，通過采用利用腐蝕沖擊等去除空氣的模型，可以在基礎(chǔ)材料中產(chǎn)生表面孔隙率。金屬柵格可以放在模型表面上?；炷翆⑻钊肽Ｐ椭?，使得柵格最終位于混凝土工具的表面上。而且特別地，如果將要用作表面工作材料的材料，或與陶瓷或聚合體相比，支撐中間層更好地粘附到金屬基底上，則鎧裝的金屬桿可以以下述方式固定在鑄模中，即它們在將實現(xiàn)熱投射/沉積的每一側(cè)上都突出到混凝土物件之外。用所描述的熱投射技術(shù)中的一些，特別是在受控氣氛中進行的技術(shù)，則可以獲得大于99%的密度。如果要求較高的表面密度，則可以通過局部熔化實現(xiàn)表面致密處理。應(yīng)當(dāng)施加足夠集中的能量源，如激光或集中的紅外線(HDIR-“高密度紅外線”)，用于局部熔化?？梢圆捎萌魏纹渌脕碓黾用芏然蛘呱踔羶H增加表面應(yīng)力狀態(tài)的方法，無論它們是否包括熔化(如焊接)，或者僅僅是純機械作用(如噴丸強化)。投射/沉積表面材料可以要求集成或表面熱處理，例如一種或幾種退火工藝，或表面處理，如碳氮共滲或磺化(sulfonizing)、表面回火(通過感應(yīng)、激光、火焰等)。并不是低成本基礎(chǔ)材料和表面材料的每一種組合都允許進行每一種處理。如果表面處理要求高溫，則必須考慮線性熱膨脹系數(shù)的相容性，以及基礎(chǔ)材料承受所要求的處理溫度的能力。為了進行輸送，且特別地，為了將工具固定在機械上，通常令人感興趣的是在工具或工件的固定側(cè)具有容易加工的區(qū)域。在本發(fā)明中，如果如前述那樣要求，則為此目的安裝鐵板框架或熔化物(melt)。當(dāng)?shù)统杀净A(chǔ)材料被澆注時，金屬輪廓也放在引導(dǎo)區(qū)中，使得它們保持嵌入到結(jié)構(gòu)中，但隨后容易加工。如果使用錨板或引導(dǎo)區(qū)，它們通常在澆注基礎(chǔ)材料之前插入鑄模中，或者插入新形成的陶瓷/聚合物中。通常，這種板或輪廓具有一些焊接的金屬桿或銷釘，以增加至低成本基礎(chǔ)材料的錨定。雖然本發(fā)明特別適合于制造大型拉模，但它也可以用于制造多種工具類型，且具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。這些工具中的一些可以為用于塑性注射的鑄模，用于塑料熱成型的鑄模，用于輕質(zhì)金屬注射的鑄模，鍛造模，用于無型(自由)鍛造的模具、彎曲模、沖裁模等。在工作溫度較高的這些情況中，當(dāng)線性熱膨脹系數(shù)必須相容時，對用于熱投射的材料和基礎(chǔ)材料的選擇是有限制的。本發(fā)明還非常適合制造機械部件，無論可移動的、致動器的、傳感的或結(jié)構(gòu)的。在許多例子中它允許降低重量，當(dāng)采用本發(fā)明時降低成本的潛力大，并且一些功能性，特別是包括具有特定功能性的復(fù)雜圖案的那些功能性難以在任何其它制造方式中獲得。事實上，幾乎任何高需求工件或要求復(fù)雜功能性的部件都容易從本發(fā)明中獲利。在隨附的從屬權(quán)利要求中描述本發(fā)明的其它實施例。例子例子1在圖2中可以看到本發(fā)明應(yīng)用的例子。它是拉模的示意圖。通常，這些模具明顯更加復(fù)雜，具有坯料支架和側(cè)部凸輪。圖2a)中的示意圖對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的拉模。該圖僅集中在熔化支撐板和加箍的高阻力混凝土物件上，該物件通過熱投射HVOF(它也已經(jīng)在HVOF投射的金屬的第一薄層的頂部上用冷噴涂來實現(xiàn)，具有相同的滿意的結(jié)果，甚至可獲得更厚的厚度)涂敷有能夠被容易地加工的添加劑和熱加工工具鋼。原則上，在機加工之后，這一模具和通過常規(guī)方法制造的模具之間的工作區(qū)域的差異不容易被看到。僅具有預(yù)應(yīng)力桿的壓縮框架區(qū)域揭示混凝土的存在。這一鑄模通過遵循下述步驟獲得-發(fā)泡聚苯乙烯中的鑄模制造。箱體和工具的負片形成在其內(nèi)部下側(cè)。-鎧裝在鑄模中的放置，在工件的之后金屬將通過熱投射而被投射其中的區(qū)域中，桿插入聚苯乙烯鑄模中0.5mm。一些平行于工作區(qū)域的鎧裝桿在每一側(cè)插入聚苯乙烯箱體中0.5mm,以能夠隨后將它們固定在壓縮框架中。-用具有非常高的機械阻力(老化后250MPa)和低濕度的主要以鋁和硅石氧化物(“難熔低水混合物澆注料”)為基礎(chǔ)的混凝土填充洞穴。在填充過程期間通過振動臺的方式實現(xiàn)外部振動，通過針實現(xiàn)內(nèi)部振動。-在24小時期間內(nèi)用塑料固化整個鑄模-抽出聚苯乙烯模型鑄模-混凝土干燥和燒結(jié)，以去除濕氣，在受控氣氛爐中在高溫下反應(yīng)-用具有用于長桿的孔的可拆卸鋼箱體給混凝土模加箍-給桿預(yù)加應(yīng)力-從混凝土模去除表面灰塵，采用金剛砂噴砂處理激活表面。-熱投射能夠容易地加工的熱加工鋼層_最終的機加工圖2b)示出了示意性的橫切面，以證明與常規(guī)模具的差異。在圖中可以看出基本輸送板和具有用于混凝土的鎧裝的桿的模具固定裝置(22)。也可以看見鎧裝桿(20)。它們中的一些(20A)在箍(23)的幫助下被預(yù)加應(yīng)力。所采用的高阻力混凝土(25)是以在受控氣氛爐中被燒結(jié)的氧化鋁為基礎(chǔ)的“低水混合物澆注料”。鎧裝桿進入熱投射層(26)。最后，該圖示出了已經(jīng)經(jīng)受通過局部激光熔化進行的致密處理的層(30)。例子2采用本發(fā)明獲得選擇性加熱壓型輥。該輥在其工作面上已經(jīng)嵌入導(dǎo)熱圖案。所述壓型輥通過遵循下述步驟來獲得-發(fā)泡聚苯乙烯中的鑄模制造。制造出具有壓型輪廓的負片的空圓筒形罩(cage)。-采用10%金屬纖維增強的高機械阻力混凝土(HPC)填充洞穴。在填充過程期間通過振動臺實現(xiàn)外部振動，通過針實現(xiàn)內(nèi)部振動。-在24小時期間內(nèi)采用塑料加濕固化整個鑄模-抽出聚苯乙烯模型鑄模-混凝土干燥，以去除濕氣并實現(xiàn)機械阻力。-從混凝土模上去除表面灰塵，采用金剛砂噴砂處理激活表面和纖維。-冷噴涂低導(dǎo)電性鈦中間層。-TiN的PVD沉積，以進一步增強隔離。-進行掩模處理，以僅露出必須具有導(dǎo)熱能力的輪廓。-Cu熱投射。-去除掩模-從投射層上機加工導(dǎo)熱輪廓的邊緣。-進行掩模處理，以在Cu輪廓附近獲得薄隔離層-氧化鋁的熱投射。-去除掩模。-對已經(jīng)進行Cu和Al2O3投射的區(qū)域進行掩模處理。-低熱導(dǎo)率、高阻力的Ni-Fe-Mn合金的冷噴涂。-去除掩模。-最終的機加工。例子3獲得具有一體冷卻的熱沖壓原型模具。模具具有一些用于在制造的部件上實現(xiàn)高強度的高傳導(dǎo)性的區(qū)域，以及其中傳導(dǎo)性低以便于部件的后續(xù)切割的區(qū)域。這一沖模通過遵循下述步驟來獲得-發(fā)泡聚苯乙烯中的鑄模制造。箱體和工具的負片形成在其內(nèi)部下側(cè)。_在對應(yīng)于加工面的鑄模表面上具有銷釘?shù)墓茏拥姆胖?，管子凹入聚苯乙烯?.5mm，銷釘突進到遠離鑄模的空洞中。使用兩個獨立的電路，一個用于其中期望具有高熱提取率且因此將進行冷卻的區(qū)域，一個用于其中期望具有低熱提取率且因此將進行回火的區(qū)域。-鎧裝在鑄模中的放置，在工件的隨后金屬將通過熱投射而被投射其中的區(qū)域中，桿插入聚苯乙烯鑄模中0.5mm。一些平行于加工區(qū)域的鎧裝桿在每一側(cè)插入聚苯乙烯箱體中0.5mm,以能夠隨后將它們固定在壓縮框架中。-采用10%金屬纖維增強的高機械阻力混凝土(HPC)填充洞穴。在填充過程期間通過振動臺實現(xiàn)外部振動，通過針實現(xiàn)內(nèi)部振動。-在24小時期間內(nèi)采用塑料加濕固化整個鑄模(可替換地，通過在模型去除之后浸入水中進行固化)-抽出聚苯乙烯模型鑄模-混凝土干燥，以去除濕氣并實現(xiàn)機械阻力。_從混凝土模上去除表面灰塵，采用金剛砂噴砂處理激活表面、管子和纖維。-用具有用于長桿的孔的可拆卸鋼箱體給混凝土沖模加箍-給桿預(yù)加應(yīng)力-HVOF熱噴涂0.5mm厚的鉬或鋁層。-對其中期望高熱提取率的區(qū)域進行掩模處理。-用厚(20mm)Ti低熱導(dǎo)率的合金對對應(yīng)于將要被切割的部件的區(qū)域進行冷噴涂，或?qū)ζ渲衅谕诩庸ぶ胁考仨毦哂懈咦冃涡郧乙虼司哂械蜔崽崛÷实膮^(qū)域(回火線路區(qū)域)進行冷噴涂。-去除掩模。-對已經(jīng)投射的低傳導(dǎo)區(qū)域進行掩模處理。-能夠容易機加工的高導(dǎo)電鉬合金或鋁厚(20mm)層的冷噴涂。-去除掩模。-最終的機加工。權(quán)利要求工件或工具，包括具有高于60MPa的機械阻力的陶瓷或聚合體基礎(chǔ)材料，其至少部分地用金屬、金屬間化合物或工業(yè)陶瓷進行涂敷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工件或工具，其中所述基礎(chǔ)材料還包括用于改善所述涂層的附著力的任何形狀或尺寸的金屬顆粒。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工件或工具，其中所述基礎(chǔ)材料是由下述材料組成的組中選擇的以瓷料水泥為基礎(chǔ)的混凝土，且具有高于200MPa的機械阻力；以氧化鋁為基礎(chǔ)的低水混合物澆注料，具有或不具有纖維增強相，且具有高于200MPa的機械阻力；和高阻力或超高阻力混凝土(HPC或UHPC)，具有高于150MPa的機械阻力。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工件或工具，其中高阻力或超高阻力混凝土(HPC或UHPC)的干料的一部分至少部分地由金屬顆粒代替。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工件或工具，其中高阻力或超高阻力的混凝土(HPC或UHPC)的水泥的一部分至少部分地由金屬納米粉末代替。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的工件或工具，其中所述基礎(chǔ)材料包括具有高于150Mpa的機械阻力的熱固性聚合物。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的工件或工具，其中所述表面涂層包括具有高于500MPa的機械阻力的耐磨金屬。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的工件或工具，其中所述基礎(chǔ)材料由金屬桿從內(nèi)部進行鎧裝保護，并通過壓縮環(huán)的方式進行加箍，以改善所獲得的工件的抗張應(yīng)力阻力。9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的工件或工具，其中所述基礎(chǔ)材料包括具有比所述基礎(chǔ)材料低的密度的空洞或顆粒，從而使所獲得的工件的總重量降低。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的工件或工具，其中表面涂層為熱投射涂層。11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的工件或工具，還包括具有不同性質(zhì)的表面層，以獲得特定的功能性，如特定表面或表面下圖案中的較高的負載能力、加熱、冷卻、傳感或致動器功能。12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的工件或工具，包括放置在所述基礎(chǔ)材料的表面或表面下的管子，在流體通過所述管子循環(huán)時使所述工件或工具具有冷卻/加熱功能。13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的工件或工具，其是用于塑料成型、片材成型或合金壓鑄的工具。14.一種工件或工具的制造方法，包括下述步驟a)將具有高于60MPa的機械阻力的陶瓷或聚合體的基礎(chǔ)材料澆注成預(yù)期形狀；b)允許所述的基礎(chǔ)材料至少部分地固化或硬化；以及c)用金屬、金屬間化合物或工業(yè)陶瓷至少部分地涂敷由步驟b)所獲得的工件的表面。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造方法，其中所述基礎(chǔ)材料包括用于改善所述涂層的附著力的任何形狀或尺寸的金屬顆粒，并且所述金屬顆粒被驅(qū)動到所述表面的預(yù)期區(qū)域，并通過磁場或電場適當(dāng)?shù)囟ㄏ颉?6.根據(jù)權(quán)利要求14-15中任一項所述的制造方法，其中，所述基礎(chǔ)材料的表面，以及當(dāng)存在金屬顆粒時還包括所述金屬顆粒的基礎(chǔ)材料的表面在步驟c)之前通過噴砂處理、噴丸強化或刻蝕的方式被激活17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一項所述的制造方法，其中，在步驟c)中，由步驟b)所獲得的所述工件的表面的涂層通過下述方式制造在工件具有內(nèi)部圓柱對稱性的情況下，采用金屬襯里從內(nèi)部涂敷所述工件，或者在工件具有外部圓柱對稱性的情況下，采用環(huán)或套從外部涂敷所述工件。18.根據(jù)權(quán)利要求14-17中任一項所述的制造方法，還包括在基礎(chǔ)材料的表面上放置用于增強所述涂層附著力的金屬銷釘或陶瓷桿的步驟，所述放置步驟或者通過將所述金屬銷釘或陶瓷桿部分地沉入其中澆注基礎(chǔ)材料的鑄模的表面中來進行，或者通過將所述金屬銷釘或陶瓷桿直接沉入新形成的基礎(chǔ)材料的表面中來進行。19.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任一項所述的制造方法，其中步驟c)的表面涂層通過熱投射的方式或者通過流體或蒸汽的沉積進行。20.根據(jù)權(quán)利要求14-19中任一項所述的制造方法，還包括通過掩模和投射、沉積或直接焊接/局部澆注的方式，將具有不同性質(zhì)的表面層附加到所獲得的工件上、以獲得特定功能性的另一步驟，所述特定功能性例如是特定表面或表面下圖案中的較高負載能力、力口熱、冷卻、傳感或致動器功能。21.根據(jù)權(quán)利要求13-20中任一項所述的制造方法，還包括用于調(diào)整孔隙率的另一表面致密化處理，如通過局部激光熔化或HDIR-高密度紅外局部熔化的方式。全文摘要本發(fā)明涉及以低成本制造高要求的工件的方法。該方法特別適合深拉模，但也適合其它類型的加工。它還非常適合大尺寸且具有高機械要求的機械部件，如風(fēng)車中的轉(zhuǎn)子和罩以及其它大型機械。工件或工具采用低成本陶瓷進行澆注，如高阻力混凝土(特別提及HPC或UHPC)或低水混合物的澆注料或任何其它低成本高機械阻力材料(低成本陶瓷或高阻力聚合物是特別適合的)。一旦鑄造，則模具或工件的工作面用金屬、金屬間或高性能陶瓷涂敷。投射或沉積技術(shù)用于獲得高附加值的工作面。文檔編號B29C33/38GK101945744SQ200880126680公開日2011年1月12日申請日期2008年12月16日優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日發(fā)明者艾薩克·巴爾斯盎格魯斯申請人:羅瓦瑪股份公司