[發明專利]一種微鑄激光沖擊織構的金屬零件制造系統及方法

有效

• 申請號: 201910691812.8
• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110315082B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 來五星;史鐵林;蔡建德;梁飛宇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B22F3/24;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

1.一種微鑄激光沖擊織構的金屬零件制造強化方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：根據待成形金屬零件（3）的優化目標及使用環境，施加約束信息，針對零件使用時受力情況設計承力結構，拓撲優化所述承力結構形成整體承力結構，以進行整體織構的結構設計，預設激光沖擊織構強化軌跡；

S2：根據所述待成形金屬零件（3）的三維模型，輸入特征、分區分層和加工工藝參數，預設增材成形軌跡；

S3：放置固體作為基板（2），并將所述基板（2）緊固在水平工作臺（1）上，添加陶瓷支撐，并結合固體形成支撐體，用于支撐后續加工；

S4：金屬原材料粉材或絲材通過微鑄模塊變為熔融的金屬，并在控制裝置（10）的控制下，所述熔融的金屬沿所述預設增材成形軌跡沉積在五軸聯動工作臺的基板上得到所述待成形金屬零件（3）；

S5：在線檢測裝置（13）實時檢測所述待成形金屬零件（3）的形貌數據及溫度數據，并向所述控制裝置（10）反饋數據，以由所述控制裝置（10）根據形貌檢測數據分析熔融材料流淌，確定所述待成形金屬零件（3）的實際尺寸，確定激光沖擊強化織構實際加工位置，在線調整所述預設激光沖擊織構強化軌跡，結合溫度檢測數據優化調整激光沖擊的工藝參數，維持溫度穩定；

S6: 所述控制裝置（10）控制激光沖擊織構模塊，沿著調整后的激光沖擊織構強化軌跡進行強化，激光沖擊強化織構對應整體承力結構；

S7：重復S4至S6，直至所述待成形金屬零件（3）的尺寸和質量均滿足要求后，完成所述待成形金屬零件（3）的制造；

上述方法在微鑄激光沖擊織構的金屬零件制造系統上完成，該系統包括微鑄模塊、激光沖擊織構模塊、五軸聯動工作臺和控制裝置（10）；

其中，所述微鑄模塊與所述激光沖擊織構模塊通過機床主軸（15）相連；所述五軸聯動工作臺用于放置待成形金屬零件（3）；

所述系統還包括與所述控制裝置（10）相連的在線檢測裝置（13）；

所述在線檢測裝置（13），用以進行零件形貌及加工環境實時檢測，并將檢測結果向所述控制裝置（10）進行反饋，用以調節增材制造與激光沖擊的加工參數；

加工時，所述微鑄模塊與所述激光沖擊織構模塊在所述控制裝置（10）的協調控制下完成切換和工作，以逐層進行熔融沉積和激光沖擊織構，并在預設的結構設計下，在氣氛室（9）內的保護氣包裹下完成所述待成形金屬零件（3）的復合加工制造。

2.如權利要求1所述的微鑄激光沖擊織構的金屬零件制造強化方法，其特征在于，所述微鑄模塊包括依次相連的送料機構（6）、熱源（5）、送料管道（7）、第一固定架（8）和噴嘴（4）；

加工時，所述送料機構（6）將金屬原材料送入所述熱源（5）中獲得熔融的金屬，所述熔融的金屬通過置于所述第一固定架（8）中的所述送料管道（7），然后通過所述噴嘴（4）逐層沉積于所述五軸聯動工作臺上得到半凝固金屬。

3.如權利要求1所述的微鑄激光沖擊織構的金屬零件制造強化方法，其特征在于，所述激光沖擊織構模塊包括第二固定架（11）和激光頭（12）；

所述激光頭（12）位于所述第二固定架（11）的下端；

加工時，所述熔融的金屬每沉積一層得到半凝固金屬后，所述激光頭（12）對所述半凝固金屬進行激光沖擊織構。

4.如權利要求1-3任一所述的微鑄激光沖擊織構的金屬零件制造強化方法，其特征在于，所述五軸聯動工作臺包括水平工作臺（1）、雙軸變位機構（14）和機床主軸（15），所述水平工作臺（1）上安裝有基板（2），所述基板（2）用于放置所述待成形金屬零件（3），所述機床主軸（15）可沿三個維度方向移動；所述雙軸變位機構（14）安裝在所述水平工作臺（1）下方，用于使所述水平工作臺（1）沿兩個方向軸向旋轉。