[發(fā)明專利]基于自愈合機制的激光金屬直接成形實驗方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910022659.6
• 申請日: 2009-05-22
• 公開（公告）號: CN101590571A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 張安峰;李滌塵;皮剛;張利鋒;朱剛賢;盧秉恒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23K26/34
• 分類號: B23K26/34;B22F3/105
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發(fā)明涉及一種適用于激光金屬直接成形制造、激光表面熔覆和易損零 部件的激光修復等方法，特別涉及一種基于自愈合機制的激光金屬直接成形 實驗方法。

背景技術

激光金屬直接成形技術融合了快速成形技術和激光熔覆技術，以“離散 一堆積”成形原理為基礎。首先在計算機中生成最終功能零件的三維模型； 然后將零件的三維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為一系列的二維輪廓幾何信息，層面幾何信 息融合成形參數(shù)生成掃描路徑數(shù)控代碼，控制成形系統(tǒng)采用同步送料激光熔 覆的方法按照輪廓軌跡逐層掃描堆積材料；最終形成三維實體零件或僅需進 行少量加工的近形件。激光金屬直接成形除了具有與快速原型技術相同的特 點之外，還具有一些獨特的優(yōu)點：(1)制造速度快，節(jié)省材料，降低成本； (2)不需采用模具，使得制造成本降低15％～30％，生產(chǎn)周期節(jié)省40％～ 70％；(3)可以生產(chǎn)用傳統(tǒng)方法難于生產(chǎn)甚至不能生產(chǎn)的形狀復雜的零件； (4)可在零件不同部位形成不同成分和組織的梯度功能材料結構；(5)金屬 零件完全致密、組織細小，力學性能超過鍛件，近成形件可直接使用或者僅 需少量的后續(xù)機加工便可使用。由于具有以上優(yōu)點，激光金屬直接成形技術 逐漸成為先進制造技術研究的熱點，并在航空航天、汽車船舶和武器裝備等 領域得到廣泛應用。然而，由于成形工藝條件復雜，熔池形狀受基材與粉末 合金物理化學性能、激光成形工藝參數(shù)等諸多因素的影響，隨著激光成形高 度的逐層增加，成形表面會產(chǎn)生凹凸不平現(xiàn)象，并具有累積效應。在開環(huán)控 制系統(tǒng)下，多層堆積后會因為凹凸累積出現(xiàn)嚴重鋸齒狀而無法繼續(xù)堆積。調(diào) 節(jié)工藝參數(shù)(改變Z軸增量)能解決該問題，但同時又引入了成形零件高度 不可預測等新的問題；引入閉環(huán)控制能有效解決該問題，但卻增加了系統(tǒng)復 雜程度，同時增大成本，操作也不方便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于自愈合機制的激光金屬直接成形實驗方 法，該方法可以消除激光金屬直接制造零件時，產(chǎn)生的成形表面凹凸不平現(xiàn) 象，使成形過程能平穩(wěn)進行。

為了達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術方案予以實現(xiàn)的：

一種基于自愈合機制的激光金屬直接成形實驗方法，包括以下步驟：

(1)設定基本工藝參數(shù)為：激光光斑直徑為0.5mm，掃描速度為6mm/s， 送粉量為8.8g/min，載氣量為8L/min；

(2)采用相同的基本工藝參數(shù)，分別在不同粉末離焦量情況下進行激光 金屬成形實驗，測量不同粉末離焦量情況下激光金屬成形熔覆層厚度，得到 粉末離焦量對熔覆層厚度影響規(guī)律為：粉末匯聚時，熔覆層厚度最大；粉末 負離焦時，單層熔覆層厚度h隨負離焦量增大而減小；粉末正離焦時，單層 熔覆層厚度h隨正離焦量增大而減小；

(3)分析粉末離焦量對熔覆層厚度影響規(guī)律，得到粉末在負離焦情況下， 多層堆積存在自愈合效應，即成形面出現(xiàn)凸凹時，凹陷處負離焦量減小，下 一層熔覆時熔覆層厚度會增大，凹陷被填平；凸起處負離焦量較大，下一層 熔覆時，熔覆層厚度會減小，凸起處變平緩；

(4)根據(jù)步驟(3)粉末在負離焦情況下，多層堆積成形存在自愈合效 應，選用粉末離焦量為負的工藝條件進行激光金屬直接成形，從而實現(xiàn)自動 愈合或消除成形過程中因工藝參數(shù)不穩(wěn)定而出現(xiàn)的工件表面凹凸不平現(xiàn)象。

上述方案中，所述粉末離焦量參數(shù)定義如下：粉末匯聚點O距噴粉頭出 口為4mm，基板形成熔池處在XOY坐標系下縱坐標值為y，y＝0mm時粉末 匯聚于基板；y＜0mm時為粉末負離焦；y＞0mm時為粉末正離焦；產(chǎn)生自愈 合效應最強的粉末負離焦量為：y＝-1.5mm。所述激光金屬成形包括單道激 光金屬成形或薄壁零件堆積成形。