[發明專利]增減材復合制造渦輪葉片的加工方法

有效

• 申請號: 201810385756.0
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108581397B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 白倩;喬國文;吳丙哲
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23P15/02
• 分類號: B23P15/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 高永德;李洪福

1.一種增減材復合制造渦輪葉片的加工方法，其特征在于所述的加工方法包括：增材成型和減材加工；增材成型與減材加工交替循環進行；

所述的增材成型包括：

A1、整體建模分層：使用三維建模軟件繪制擬制備的金屬工件模型，使用切片軟件將三維模型切片分層；

A2、局部特殊分層：對于有尺寸要求的內部細節特征區，減小切片分層的層厚，確保增材得到的特殊尺寸更接近設計尺寸，以減少減材加工的去除量；

A3、規劃增材路徑：根據減材加工所需使用刀具的加工能力，合理選擇每個周期堆積層數；

A4、單周期增材加工：根據A3步驟得出的每一層的激光路徑，將高能束照射在一定厚度的粉末層上，使其經歷熔化/凝固的過程，逐層掃描，得到單個周期內的三維特征；

所述的減材加工分為：端銑和側銑兩種加工類型；根據加工類型不同減材加工方法包括：

B1、加工區域劃分：識別擬制備的金屬工件的三維模型確定加工類型，根據加工類型劃分端銑區域和側銑區域；渦輪葉片(5)的頂端與渦輪葉片底面(7)的上表面為端銑區域；渦輪葉片(5)的側面，渦輪葉片內孔(8)為側銑區域；

B2、設置工藝參數：在加工區域內設置工藝參數，生成刀具路徑；

B3、局部特殊參數設置：對于有尺寸要求的內部細節特征區，根據具體結構設置工藝參數，生成刀具路徑；對于有尺寸要求的內部細節特征區，及渦輪葉片(5)與渦輪葉片底面(7)以圓角(6)過渡時，根據圓角的半徑大小，減少減材刀具路徑的軸向進給量，確保擬合得到的圓角半徑符合設計要求；

B4、單周期減材加工：根據B2及B3步驟得出的工藝參數，對擬制備的三維特征體進行減材加工，使已增材層達到所需表面質量與尺寸精度；

所述的增材成型和減材加工循環重復，直到完成整個渦輪葉片。

2.根據權利要求1所述的增減材復合制造渦輪葉片的加工方法，其特征在于所述的擬制備金屬工件具有尺寸精度和表面質量要求的渦輪葉片(5)，渦輪葉片(5)表面為曲面或平面。

3.根據權利要求1所述的增減材復合制造渦輪葉片的加工方法，其特征在于所述的增材成型過程中使用的高能束包括：具有高功率或高亮度熱源的激光束、電子束、電弧和離子束，將金屬材料熔化。

4.根據權利要求3所述的增減材復合制造渦輪葉片的加工方法，其特征在于所述的高能束掃描路徑包含帶狀、島狀和面狀方式，以達到減小殘余應力，提高成形效率的目的。

5.根據權利要求3所述的增減材復合制造渦輪葉片的加工方法，其特征在于所述的增材成型所使用的金屬材料為：適用于增材成型的粉狀，絲狀或板狀金屬材料，可滿足細小結構和大型特征的快速，精密成型。

6.根據權利要求1所述的增減材復合制造渦輪葉片的加工方法，其特征在于所述的增材成型在每次循環中增加的層數或高度，依據所成型的渦輪葉片尺寸和刀具的切削能力確定；在需要減材加工的位置，增加合適的層數或高度；對于不需要減材加工的位置僅需增材成型即可。

7.根據權利要求6所述的增減材復合制造渦輪葉片的加工方法，其特征在于所述的減材加工采用銑削或磨削，得到好的表面質量。

8.根據權利要求7所述的增減材復合制造渦輪葉片的加工方法，其特征在于所述的減材加工在增材成型至滿足減材加工刀具可達性時，可以對零件內部細節特征區域進行精密減材加工；零件內部細節特征包括：倒圓角、倒斜角、深孔、深槽和復雜流道。

9.根據權利要求8所述的增減材復合制造渦輪葉片的加工方法，其特征在于所述的減材加工，相鄰的兩次減材區域在刀具軸向上存在一定的重合區，保證兩次減材路徑不存在明顯的界面，影響表面質量；減材加工的刀具軸向進給量與增材成型余量可以控制零件尺寸精度和表面質量。