[發明專利]一種變截面閉室結構的激光增材制造方法

在審

• 申請號: 201711060918.5
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107626925A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 姚斐;柯林達;肖美立;徐金濤;鄧竹君;楊長祺;張小龍;李中權
• 申請（專利權）人: 上海航天精密機械研究所
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;B33Y10/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心31107
• 代理人: 張緒成

技術領域

本發明屬于金屬成形技術領域，具體是一種變截面閉室結構的激光增材制造方法。

背景技術

目前國內制造變截面閉室結構零件的一般方法為組件分體加工后焊接而成，即：變截面結構及蓋板采用車削、銑削等傳統方式加工，然后將蓋板與變截面結構焊接，最終實現變截面閉室結構零件的生產制造。但是，采用這種方法制造存在諸多缺點：

（1）變截面閉室結構在傳統加工方式下往往為大切削比加工，局部壁厚小于0.1mm，極易造成零件內部應力集中，且薄壁部分在機加工過程中易發生變形或局部打穿等現象，在后續打壓過程中容易發生滲漏，造成零件報廢；

（2）蓋板與變截面結構為焊接連接，焊接熱影響區內組織粗大，焊接應力集中，往往會產生裂紋；

（3）傳統分體式設計的閉室結構，其整體密封性能主要靠焊接等特殊過程保證，導致零件的整體可靠性較低。

由于上述原因造成傳統制造方法不僅生產效率低下，而且產品合格率低，導致零件生產周期長，制造成本高，嚴重制約該類零件的工程化應用。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種工藝簡單可控、產品性能滿足使用要求的變截面閉室結構的激光增材制造方法。本發明是通過以下技術方案實現的。

根據本發明提供的一種變截面閉室結構的激光增材制造方法，包括如下步驟：

步驟1：根據成形零件建立零件三維模型，并用切分軟件對零件三維模型進行分層切片離散處理，根據每層的切片信息，規劃獲得激光的掃描路徑；

步驟2：將基板固定在激光選區熔化成形設備的成型缸上，將金屬粉末放入粉末缸中；

步驟3：利用惰性氣體對成型腔進行清洗，啟動鋪粉裝置，在基材上鋪設一層金屬粉末；

步驟4：啟動激光選區熔化成形設備，設置工藝參數，激光器發出的激光束根據當前層激光掃描路徑對基材上的粉末進行旋轉掃描，加工出當前層，并對當前層外輪廓進行重復掃描；

步驟5：成形缸下降一個層厚的距離，送粉裝置將金屬粉末送至鋪粉裝置，同時，鋪粉裝置在已加工好的當前層上鋪設一層金屬粉末；

步驟6：重復步驟4~5，直至整個零件加工完畢；

步驟7：打開成形室，去除粉末，取出經步驟6加工完畢的零件，利用線切割法將零件與基板分離，對零件進行退火處理，制得最終的變截面閉室結構。

優選地，步驟2中所選擇的金屬粉末的粒度為20～50μm。

優選地，步驟2中所選擇的基板的材質與所選擇的金屬粉末的材質相同。

優選地，所述金屬粉末為高溫合金、鈦合金或不銹鋼。

優選地，所述三維建模軟件為Pro/E軟件、Magics軟件或3-matic軟件，切分軟件為Magics軟件。

優選地，步驟3中，控制成型腔內氧含量濃度不高于10ppm；所述惰性氣氛為高純壓（≥99.999%），氣流量為5mL/min。

優選地，步驟4所述的工藝參數為：輸出功率300～ 500W，光斑直徑0.1～0.2mm，掃描速度500～1000mm/min，搭接率10% ～ 30%。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

1、本發明的一種變截面閉室結構的激光增材制造方法，可解決傳統加工方式中該類零件件內部應力集中，且薄壁部分易發生變形或局部打穿等現象。

2、通過采用激光選區熔化成形設備實現快速成形，無需鑄造時的型、芯以及后續焊接，提高了材料利用率，減少了工序，縮短了零件制造周期。

3、解決傳統制造方式下閉室結構整體密封性能低、產品合格率低等嚴重制約該類零件工程化應用的瓶頸問題。

4、通過使用特定組分含量的金屬粉末，結合快速成形工藝和傳統熱處理工藝，獲得的零件同時具有高強度、高塑性，綜合力學性能達到鍛件水平。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。

根據本發明提供的一種變截面閉室結構的激光增材制造方法，包括如下步驟：

步驟1、根據成形零件建立零件三維模型，并用切分軟件對零件三維模型進行分層切片離散處理，根據每層的切片信息，規劃獲得激光的掃描路徑；