[發(fā)明專利]一種曲面薄殼層結(jié)構(gòu)金屬增材制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610529795.4
• 申請(qǐng)日: 2016-07-07
• 公開（公告）號(hào): CN106001569B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧德陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川天塬增材制造材料有限公司
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B22F3/24;B33Y10/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 北京東方昭陽知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11599
• 代理人: 陳世明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬增材制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種曲面薄殼層結(jié)構(gòu)金屬增材制備方法。

背景技術(shù)

目前，在曲面板材零件的加工中，引入了液壓成形新技術(shù)，即采用液體作為傳力介質(zhì)以代替剛性的凸模或凹模來傳遞載荷，使坯料在液體壓力作用下貼靠凹模或凸模，從而實(shí)現(xiàn)金屬板材零件的成形。但是，它僅能針對(duì)板材這一類材料，尚無普遍解決含曲面薄殼層結(jié)構(gòu)零件的加工問題的更好的方法，只能采用機(jī)加工的方法。

3D打印技術(shù)在目前作為一項(xiàng)研究熱點(diǎn)技術(shù)，其在金屬成形件加工方面應(yīng)用十分廣泛。然而，在金屬成形件激光直接制造中，會(huì)遇到各種需要成形曲面薄殼層部分的情況。目前，由于機(jī)械設(shè)備輕量化的要求，以及機(jī)械加工水平的不斷提高，許多生產(chǎn)制造商從改變?cè)O(shè)計(jì)起，引入了各種含曲面薄殼層結(jié)構(gòu)的成形件。

曲面薄殼結(jié)構(gòu)形式分筒殼、圓頂薄殼、雙曲扁殼和雙曲拋物面殼等。無論是哪種形式，對(duì)于含曲面薄殼層結(jié)構(gòu)的零件，其成形過程中需要解決的最主要的問題就是不可逆的變形問題，而溫度越高，變形就越大。因而提出一種能夠克服上述缺陷并且使得成形件滿足使用、設(shè)計(jì)、強(qiáng)度等要求的制備方法具有重要的重要研究意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中曲面薄殼層加工成形技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于：提供一種曲面薄殼層結(jié)構(gòu)金屬增材制備方法，該制備方法具有：方法工序相對(duì)簡(jiǎn)單、作業(yè)效率有效提高，成形件的變形量能夠滿足使用、設(shè)計(jì)需要，耐腐蝕性和抗疲勞性能大大提高，使用壽命能夠延長(zhǎng)，降低了制造成本等特點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種曲面薄殼層結(jié)構(gòu)金屬增材制備方法，該制備方法包括如下步驟：

1)根據(jù)曲面薄殼層結(jié)構(gòu)的曲面參數(shù)方程，進(jìn)行曲面集合特征分析，得到激光選區(qū)熔化或激光熔覆時(shí)的掃描路徑，確定移動(dòng)掃描方式為分區(qū)移動(dòng)掃描方式，在逐層增材制造成形過程中，控制激光器的工藝參數(shù)對(duì)曲面層邊界輪廓線和各分區(qū)內(nèi)進(jìn)行掃描，各分區(qū)的形狀為方形、長(zhǎng)方形或者圓形，掃描方式為跳躍式或者連續(xù)式，其中跳躍式的掃描方式適用于在此層整個(gè)區(qū)域內(nèi)間斷地選取較遠(yuǎn)的分區(qū)進(jìn)行掃描；連續(xù)式的掃描方式適用于在此層整個(gè)區(qū)域內(nèi)依次地進(jìn)行掃描；

2)根據(jù)曲面薄殼層結(jié)構(gòu)的類型，在進(jìn)行激光選區(qū)熔化或者激光熔覆時(shí)，在曲面薄殼層上預(yù)置臨時(shí)加強(qiáng)筋，通過預(yù)置臨時(shí)加強(qiáng)筋，使得在進(jìn)行逐層成形時(shí)，此曲面薄殼層以及此前諸層具有足夠的強(qiáng)度，并且在完成此成形件的加工之后，易于去除，該加強(qiáng)筋的參數(shù)包括加強(qiáng)筋的種類，該種類包括圓柱形、長(zhǎng)方體或者各層交叉型；還加強(qiáng)筋的參數(shù)還包括加強(qiáng)筋的密度、加強(qiáng)筋的尺寸、加強(qiáng)筋與薄殼層搭接點(diǎn)的大小，其中，加強(qiáng)筋的密度由成形件的薄殼層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定，為層厚的5-10倍；加強(qiáng)筋的尺寸為薄殼層厚度的1/2-1/5；加強(qiáng)筋與薄殼層搭接點(diǎn)的大小為薄殼層厚度的1/3-1/5；

3)在進(jìn)行激光選區(qū)熔化或者激光熔覆時(shí)，應(yīng)采用如下的工藝步驟：

a.首先進(jìn)行成形件輪廓線的掃描；甲：對(duì)于激光選區(qū)熔化，激光器的參數(shù)為：功率200-500W，打印速率為0.05-0.1m/min，光斑直徑為3-8mm，搭接率為10％-20％；打印過程中，惰性保護(hù)氣體的氣壓為0.1-0.5MPa；乙：對(duì)于激光熔覆，激光器的參數(shù)為：功率2000-10000W，打印速率為50-200mm/min，光斑直徑為10-15mm，搭接率為10％-20％；打印過程中，惰性保護(hù)氣體的氣壓為0.1-0.5MPa；

b.再控制激光器的參數(shù)對(duì)預(yù)設(shè)網(wǎng)格線中的區(qū)域進(jìn)行移動(dòng)分區(qū)掃描，使得成形件的其它實(shí)體部分的粉末顆粒熔化，

c.最后控制激光器的參數(shù)對(duì)預(yù)置加強(qiáng)筋進(jìn)行掃描，使得預(yù)置加強(qiáng)筋的粉末顆粒熔化，甲：對(duì)于激光選區(qū)熔化，打印速率為0.10-0.30m/min，其它參數(shù)同上；乙：對(duì)于激光熔覆，打印速率為100-500mm/min，其它參數(shù)同上；

4)完成上述步驟后，得到曲面薄殼成形件；對(duì)曲面薄殼成形件去除預(yù)置加強(qiáng)筋，然后進(jìn)行成形件的熱處理和/或精機(jī)加處理，其中，熱處理時(shí)包括去應(yīng)力退火處理或者完全退火處理或正火處理，其中，進(jìn)行去應(yīng)力退火處理時(shí)的處理溫度為500-650℃，處理時(shí)間為2-3h；采用完全退火處理或正火處理；熱處理還包括采用局部熱處理，其使得成形件的關(guān)鍵部位獲得所需的機(jī)械性能。