[發(fā)明專(zhuān)利]一種疊層結(jié)構(gòu)固相增材制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811567992.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109663920B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單飛虎;劉琦;李懷學(xué)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)航空制造技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): B22F3/115
• 分類(lèi)號(hào): B22F3/115;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種疊層結(jié)構(gòu)固相增材制造方法。該方法是，將絲材加熱至軟化狀態(tài)下，借助外力采用等腰梯形、正方形以及平面形狀的相應(yīng)的軋輥模具，在原材料成形過(guò)程中交替填空插補(bǔ)，使原材料成形依次逐層形成梯形、正方形、倒立梯形、梯形，依次循環(huán)往復(fù)進(jìn)行增材，所述原材料為柱狀絲材；本發(fā)明方法是一種無(wú)相變、穩(wěn)定搭接、擠壓/鍛造式、組織致密、成形精密及低成本的固相增材成形方法。本發(fā)明技術(shù)方案可在大中型結(jié)構(gòu)件的短流程、優(yōu)質(zhì)、高效、整體制造中廣泛應(yīng)用，突破國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有熔化增材直接成形高性能航空航天零部件技術(shù)的成形性難以控制與性能可靠性不足的實(shí)用化瓶頸，為此類(lèi)大中型、高性能復(fù)雜零件的優(yōu)質(zhì)高效直接整體制造開(kāi)辟實(shí)用化新途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種疊層結(jié)構(gòu)固相增材制造方法。

背景技術(shù)

增材制造的設(shè)計(jì)與制造理念越來(lái)越向重量輕、壽命高、成本低的趨勢(shì)發(fā)展。傳統(tǒng)的零部件生產(chǎn)制造，主要依賴于傳統(tǒng)的鑄造、鍛造、焊接的方法來(lái)完成，現(xiàn)有增材制造主要以熔化絲材或粉材的堆焊為主，而固相增材以采用薄帶為主，單道“墻”體堆疊為主，無(wú)法實(shí)現(xiàn)塊體及較復(fù)雜構(gòu)件的一體化增材制造。

現(xiàn)有熔化增材制造技術(shù)主要依靠熱源熔化金屬并直接制造，其制件組織一般都為鑄態(tài)柱狀晶或枝晶與等軸晶混合組織，呈現(xiàn)明顯的方向性和各向異性。從晶粒度上說(shuō)，這些問(wèn)題是由缺乏晶粒細(xì)化環(huán)節(jié)，以及移動(dòng)傳熱傳質(zhì)條件下無(wú)約束自由微鑄造熔積成形所固特有的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、幾何學(xué)特點(diǎn)所決定的。

目前針對(duì)金屬材料進(jìn)行的熔化增材制造技術(shù)，不僅成本相對(duì)較高、成形效率和性能方面也很難保證，尤其是在熔化過(guò)程中大量低熔點(diǎn)元素?zé)龘p，需要針對(duì)使用性能對(duì)金屬絲材或薄帶進(jìn)行二次熔化，其中微鑄造和焊接的不足點(diǎn)在熔化增材中不斷被累積，其中存在著與傳統(tǒng)工業(yè)制造產(chǎn)品(板材、絲材、棒材)性能上的差異，其工藝不僅增加了工藝程序，而且增加了制造成本，同時(shí)性能上的短板更使得其制造的產(chǎn)品難以跟上現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)步的需求。

而固相增材采用的方法基本上是采用薄帶并利用塑形成形/擴(kuò)散連接的方法逐層疊加的方法得以實(shí)現(xiàn)的，其一，如何消除、改善兩條薄帶之間的搭接性是成形的關(guān)鍵，成形過(guò)程中易于出現(xiàn)貫穿性孔洞、折疊等無(wú)法通過(guò)成形后續(xù)處理方式彌補(bǔ)的問(wèn)題因此成形過(guò)程中成形方式、路徑處理、搭接方式極為關(guān)鍵。

其二，薄帶成本較絲材高出許多，這也是限制其推廣應(yīng)用的主要制約因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是解決以上技術(shù)中存在的問(wèn)題，突破國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有熔化增材直接成形高性能航空航天零部件技術(shù)的成形性難以控制與性能可靠性不足的實(shí)用化瓶頸，并為此提供一種疊層結(jié)構(gòu)固相增材制造搭接方法。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種疊層結(jié)構(gòu)固相增材制造方法，該方法是，將絲材加熱至軟化狀態(tài)下，借助外力采用等腰梯形、正方形以及平面形狀的相應(yīng)的軋輥模具，在原材料成形過(guò)程中交替填空插補(bǔ)，使原材料成型依次逐層形成梯形、正方形、倒立梯形、梯形，依次循環(huán)往復(fù)進(jìn)行增材，所述原材料為柱狀絲材；

其中，成形過(guò)程中所成正方形的四邊長(zhǎng)均保持不變，邊長(zhǎng)為c；梯形是等腰梯形，上底為a，下底為b，腰長(zhǎng)為d，梯形的高為h；并滿足截面等腰梯形和正方形的面積相等，倒立梯形與梯形形狀大小相同，倒立梯形是梯形處于倒立位置的形態(tài)。

作為優(yōu)選，所述模具包括平板模具、梯形模具、及直角模具，所述梯形模具的截面形狀包括至少一個(gè)梯形單元，每個(gè)梯形單元為成型所成梯形的上底及兩側(cè)相鄰的斜邊，所述直角模具截面形狀包括至少一個(gè)直角單元，每個(gè)直角單元包括成型所成正方形的相鄰兩條邊，所述平板模具的截面形狀至少包含一條線段。

作為優(yōu)選，所述平板模具、梯形模具、及直角模具的棱角處采用了倒角處理。

作為優(yōu)選，所述柱狀絲材半徑r與成型所成的正方形、梯形的關(guān)系滿足