[發(fā)明專利]一種對(duì)扁平金屬零件沿流線方向選區(qū)激光熔化成形方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810390401.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN108480633B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧成義;張曉磊;羅開玉;沈華賓;魯金忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇海宇機(jī)械有限公司;江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 北京德崇智捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 馮燕平

本發(fā)明涉及增材制造的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種對(duì)扁平金屬零件沿流線方向選區(qū)激光熔化成形的方法。基于待加工零件一側(cè)端面作為基底，通過軟件設(shè)計(jì)模擬零件流線并加以完善優(yōu)化，以連續(xù)激光束沿著零件預(yù)設(shè)的流線從內(nèi)圈環(huán)形流線由內(nèi)向外，分層進(jìn)行選區(qū)激光熔化成形，由計(jì)算機(jī)控制激光掃描速度和搭接率進(jìn)而控制熔化區(qū)域?qū)挾取Ｗ罱K達(dá)到零件力學(xué)性能接近甚至達(dá)到鍛件水平的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種對(duì)扁平金屬零件沿流線方向選區(qū)激光熔化成形的方法。

背景技術(shù)

選區(qū)激光熔化成形技術(shù)是基于選擇性激光燒結(jié)發(fā)展起來的快速成形技術(shù)，其克服了后者工藝復(fù)雜，成形精度差，力學(xué)性能差的缺點(diǎn)。采用分層制造的思想，將待成形零件分層切片逐層選擇性熔化成形，成形過程中采用激光加載，并用變化的掃描速度來獲得不同的熔化成形寬度，以多層堆積方式熔化成形零件。

選區(qū)激光熔化的實(shí)質(zhì)是利用高能激光束輻照使得金屬粉末完全熔化，經(jīng)快速冷卻凝固成形的過程。現(xiàn)有的熔化成形的材料性能已經(jīng)超過鑄件，但還是不及鍛件。鍛件內(nèi)部存在鍛造流線，也稱為流紋，良好的流線可以使鍛件機(jī)械性能更好。鍛造流線使金屬性能呈現(xiàn)異向性；沿著流線方向(縱向)抗拉強(qiáng)度較高，而垂直于流線方向(橫向)抗拉強(qiáng)度較低。生產(chǎn)中若能利用流線組織縱向強(qiáng)度高的特點(diǎn)，使鍛件中的流線組織連續(xù)分布并且與其受拉力方向一致，則會(huì)顯著提高零件的承載能力。而現(xiàn)有的選區(qū)激光熔化成形技術(shù)存在以下問題：常規(guī)的選區(qū)激光熔化技術(shù)中激光的走向?yàn)槎鄺l平行的路徑，零件內(nèi)部的流線有重大缺陷，在特定方向會(huì)影響零件力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種能解決因內(nèi)部流線缺陷造成扁平金屬零件特定方向力學(xué)性能降低的，通過沿金屬零件最佳流線方向選區(qū)激光熔化成形的方法。以待加工零件的一側(cè)端面作為基底，根據(jù)設(shè)計(jì)好的零件最佳流線圖，從內(nèi)圈環(huán)形流線向外圈，從下往上進(jìn)行選區(qū)激光熔化成形。

具體操作步驟為：

(1)模擬并優(yōu)化扁平金屬零件的流線，沿水平方向?qū)⒘慵謱訛榈群竦膶訉佣询B的平行切片，每一層切片的流線為層層環(huán)繞的封閉曲線；

(2)調(diào)整相關(guān)參數(shù)以規(guī)劃每一層切片內(nèi)的激光掃描路徑，并且滿足溫升ΔT為材料熔點(diǎn)；

(3)送粉后，從切片最內(nèi)層環(huán)形流線開始，任取環(huán)形流線上一點(diǎn)作為起點(diǎn)，順時(shí)針沿著環(huán)形流線按照預(yù)定參數(shù)進(jìn)行選區(qū)激光熔化直至完成最內(nèi)圈環(huán)形流線的加工；從內(nèi)向外依次完成每一圈環(huán)形流線的選區(qū)激光熔化加工；

(4)依據(jù)選區(qū)激光熔化成形的操作流程依次對(duì)每一層切片進(jìn)行選區(qū)激光熔化加工操作，相鄰上下切片的熔道應(yīng)錯(cuò)開(如圖3)，最終完成扁平金屬零件的選區(qū)激光熔化加工。

所述扁平金屬零件是指高徑比小于0.4的零件，且零件的流線終止于兩個(gè)端面，即零件的端面力學(xué)性能要求不高，主要力學(xué)性能指標(biāo)由柱面決定。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述優(yōu)化的流線應(yīng)與主應(yīng)力方向相同，不能有穿流和明顯的渦流。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，溫升確定激光功率P，激光光斑直徑D，粉末密度ρ，材料比定壓熱容C_P，鋪粉厚度H，激光掃描速度V，材料溫升ΔT，當(dāng)溫升ΔT為材料熔點(diǎn)時(shí)為最佳；所述溫升ΔT在低于熔點(diǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)固相燒結(jié)或者液相燒結(jié)，不符合加工要求；當(dāng)ΔT高于熔點(diǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)汽化甚至等離子化現(xiàn)象，同樣不符合加工要求，因此應(yīng)在滿足ΔT等于熔點(diǎn)的條件下個(gè)使得各參數(shù)滿足該溫升公式。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，掃描路徑具體表現(xiàn)為：在搭接率50％時(shí)，激光掃描速度逐步遞增，熔道寬度逐步減小，流線趨向密集；在掃描速度遞增至最高速度時(shí)，搭接率從50％逐步遞增至70％，進(jìn)一步提高流線密集程度；所述激光最高掃描速度，需要滿足粉層仍能完全熔化，即將出現(xiàn)球化現(xiàn)象但沒有出現(xiàn)的臨界激光掃描速度。

進(jìn)一步地，步驟(3)中，對(duì)環(huán)形流線選區(qū)激光熔化加工可以順時(shí)針亦可逆時(shí)針。