[發明專利]零件與模具的熔積成形復合制造方法及其輔助裝置

有效

• 申請號: 201010147632.2
• 申請日: 2010-04-15
• 公開（公告）號: CN101817121A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 張海鷗;王桂蘭
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23P6/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于零件與模具的無模生長制造與再制造方法。

背景技術

高致密金屬零件或模具的無模熔積成形方法主要有大功率激光熔積成形、電子束 自由成形以及等離子熔積成形的方法。大功率激光熔積成形方法是采用大功率激光， 逐層將送到基板上的金屬粉末熔化，并快速凝固熔積成形，最終得到近終成形件；該 方法成形精度較高，工件的密度遠高于選擇性激光燒結件，但成形效率、能量和材料 的利用率不高、不易達到滿密度、設備投資和運行成本高，見A.J.Pinkkerton，L.Li， Effects?of?Geometry?and?Composition?in?Coaxial?Laser?Deposition?of?316L?Steel?for?Rapid? Protyping，Annals?of?the?CIRP，Vol.52，1(2003)，p181-184。電子束自由成形方法采用大功 率的電子束熔化粉末材料，根據計算機模型施加電磁場，控制電子束的運動，逐層掃 描直至整個零件成形完成；該方法成形精度較高、成形質量較好，然而其工藝條件要 求嚴格，整個成形過程需在真空中進行，致使成形尺寸受到限制，設備投資和運行成 本很高；且因采用與選擇性燒結相同的層層鋪粉方式，難以用于梯度功能材料零件的 成形，見Matz?J.E.，Eagar?T.W.Carbide?formation?in?Alloy?718during?electron-beam?solid? freeform?fabrication.Metallurgical?and?Materials?Transactions?A：Physical?Metallurgy?and? Materials?Science，2002，v33(8)：p2559-2567。等離子熔積成形方法是采用高度壓縮、集 束性好的等離子束熔化同步供給的金屬粉末或絲材，在基板上逐層熔積形成金屬零件 或模具，該方法比前兩種方法成形效率和材料利用率高，易于獲得滿密度，設備和運 行成本低，但因弧柱直徑較前兩者大，成形的尺寸和表面精度不及前兩者，故與大功 率激光熔積成形方法相似，大都要在成形完后進行精整加工，見Haiou?Zhang，Jipeng? Xu，Guilan?Wang，Fundamental?Study?on?Plasma?Deposition?Manufacturing，Surface?and? Coating?Technology，v.171(1-3)，2003，pp.112～118；以及張海鷗，吳紅軍，王桂蘭，陳競， 等離子熔積直接成形高溫合金件組織結構研究，華中科技大學學報(自然科學版)，v?33， n?11，2005，p?54-56。然而，直接成形的難加工材料零件因急冷凝固使表面硬度增大， 導致加工非常困難；形狀復雜的零件還需多次裝夾，致使加工時間長，有時甚至要占 整個制造周期的60％以上，成為高性能難加工零件低成本短流程生長制造的瓶頸。 為此，出現了等離子熔積成形與銑削加工復合無模快速制造方法，即以等離子束為成 形熱源，在分層或分段熔積成形過程中，依次交叉進行熔積成形與數控銑削精加工， 以實現短流程、低成本的直接精確制造，見ZL00131288.X，直接快速制造模具與零 件的方法及其裝置；以及張海鷗，熊新紅，王桂蘭，等離子熔積/銑削復合直接制造高溫 合金雙螺旋整體葉輪，中國機械工程，2007，Vol18，No.14：P1723～1725。