[發(fā)明專利]一種具有點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710335220.3
• 申請(qǐng)日: 2017-05-12
• 公開（公告）號(hào): CN107138727B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉偉;孫兵兵;李能;梁家譽(yù);李萬青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

本發(fā)明屬于扇形封嚴(yán)塊制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊制備方法。本發(fā)明采用激光選區(qū)熔化快速成型技術(shù)制備具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)由點(diǎn)陣單元組成，每個(gè)點(diǎn)陣單元呈四面體或金字塔或kagome構(gòu)型，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)完全覆蓋在扇形封嚴(yán)塊背板。本發(fā)明以激光為能量源，利用粉末床選區(qū)快速成型設(shè)備，通過設(shè)置合適的扇形封嚴(yán)塊成形方向和工藝參數(shù)，直接由CAD模型一步完成帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊的制備，無需模具，合金材料利用率高，得到的扇形封嚴(yán)塊散熱性能優(yōu)異，成形精度良好，可大幅度提高扇形封嚴(yán)塊的隔熱冷卻性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于扇形封嚴(yán)塊制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊制備方法。

背景技術(shù)

隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比和低油耗要求越來越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓比和溫度都不斷升高，內(nèi)流系統(tǒng)的泄漏量越來越大，由此而造成的發(fā)動(dòng)機(jī)性能的損失也越發(fā)明顯。

采用合適的氣路封嚴(yán)技術(shù)，減少壓氣機(jī)渦輪葉尖與機(jī)匣間隙，是提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的重要手段。扇形封嚴(yán)塊是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪部件的重要件，其長(zhǎng)期受高溫高壓燃?xì)獾臎_刷作用，若冷卻效果不佳，將增大內(nèi)流系統(tǒng)的泄漏量，或造成封嚴(yán)涂層剝落，從而降低燃?xì)廨啓C(jī)的工作效率。

目前扇形封嚴(yán)塊的主要冷卻方式為冷卻氣流通過封嚴(yán)塊背板帶走熱量的方式。然而這種冷卻方式效果十分有限。點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)具有較高的表面積，且能通過金屬桿單元和內(nèi)部連通結(jié)構(gòu)的流體對(duì)流傳熱，具有十分良好的主動(dòng)傳熱特性，因此，采用點(diǎn)陣這種新型的、高效的冷卻結(jié)構(gòu)，將大幅度提高扇形封嚴(yán)塊的隔熱和冷卻性能。

扇形封嚴(yán)塊主要采用沖壓成形工藝制造，但對(duì)于帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊，采用沖壓成形工藝無法制造，因此開發(fā)一種具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊的制備方法至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述困難，本發(fā)明提供了一種利用激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制備帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊制備方法。

采用激光選區(qū)熔化快速成型技術(shù)制備具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)由點(diǎn)陣單元組成，每個(gè)點(diǎn)陣單元呈四面體或金字塔或kagome構(gòu)型，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)完全覆蓋扇形封嚴(yán)塊背板，制備過程包括以下步驟：

建立具有點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊的三維CAD模型；

根據(jù)點(diǎn)陣單元中的桿件的方向設(shè)計(jì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)扇形封嚴(yán)塊成形方向，確保點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中所有桿件與成形面的夾角≥45°，所有桿件均不添加成形輔助支撐；

根據(jù)步驟(2)中所確定的點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)扇形封嚴(yán)塊成形方向以及扇形封嚴(yán)塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)扇形封嚴(yán)塊中不能滿足自支撐的部位，添加成形輔助支撐；

(1)在成形方向上對(duì)點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)扇形封嚴(yán)塊進(jìn)行分層切片處理，分割成厚度均勻的切片，切片包括扇形封嚴(yán)塊的橫截面輪廓和加工路徑，并將切片信息文件導(dǎo)入激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中；

(2)在激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備的粉末桶內(nèi)裝入合金粉末，并將成形基板置于激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔內(nèi)的可升價(jià)平臺(tái)上；

(3)對(duì)激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔中充入高純氬氣；

(4)使用激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中的刮粉裝置，在成形基板上均勻鋪設(shè)一層合金粉末；

(5)激光按步驟(4)所設(shè)計(jì)的加工路徑，熔化指定區(qū)域的合金粉末，激光掃描到的地方，合金粉末熔化形成熔池，激光離開，熔池迅速凝固得到一層沉積層。制備過程中始終保持激光選區(qū)熔化設(shè)備中的風(fēng)扇處于開啟狀態(tài)；

(6)完成步驟(8)后，成形基板下降一個(gè)層厚的距離，刮粉裝置在步驟(8)中形成的沉積層上，再均勻鋪設(shè)一層合金粉末；

(7)重復(fù)上述步驟(8)和(9)，直到新型冷卻結(jié)構(gòu)扇形封嚴(yán)塊制備完成，待扇形封嚴(yán)塊溫度降至室溫后取出；