[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

本發明公開了一種微鑄激光沖擊織構的金屬零件制造系統及方法，屬于金屬零件制造領域，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，其中微鑄模塊與激光沖擊織構模塊通過機床主軸相連，五軸聯動工作臺的雙軸變位機構位于所述微鑄模塊和激光沖擊織構模塊下方，其用于放置待成形金屬零件，控制裝置包含檢測裝置，并分別與微鑄模塊、激光沖擊織構模塊和五軸聯動工作臺相連。本發明采用微鑄與激光沖擊織構工藝復合進行金屬零件加工制造，可解決增材制造金屬零件時存在的內部缺陷、組織性能差、強韌性等力學性能差的問題，適合高性能復雜構件的加工。

技術領域

本發明屬于金屬零件制造領域，更具體地，涉及一種微鑄激光沖擊織構的金屬零件制造系統及方法。

背景技術

金屬零件的傳統制造工藝主要是通過鑄造或鍛造，結合車削、銑削、磨削等機械減材加工得到滿足質量和精度要求的零件，但是存在加工周期長、材料利用率低、制造成本高等問題。

增材制造技術基于離散-堆積-控制原理采用材料逐層累加的方法制造零件，金屬增材制造技術無需模具，可以根據零件三維模型直接成形，具備效率高、成本低等特點。因其無約束復雜幾何邊界與移動熱源快速加熱/急冷凝固的交互作用，造成熱力學條件呈不確定復雜變化，導致晶粒生長與組織形態尺寸分布的不確定性和低可控性，導致大型件成形精度不高、動載荷力學性能指標難以達標，從而影響制件性能的穩定可靠性。

針對上述問題，現有研究采用增材制造與軋制擠壓工藝，從而提高金屬零件打印后的組織性能和表面質量。例如，目前采用的一種錘擊強化電弧增材制造鋁鎂合金結構件的方法，其通過在與熔融軟化的區域相接觸處安裝微型錘擊裝置，調整錘頭中心與焊道中心至重合，按照成型路徑行走錘擊，進行壓縮成形與加工，從而降低零件氣孔率，但是，該工藝無法改善零件的組織分布不均勻，組織性能差等缺陷，對于零件承力部位的性能無法保證。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種微鑄激光沖擊織構的金屬零件制造系統及方法，由此解決目前增材制造零件內部缺陷難以避免，組織均勻性影響整體性能的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種微鑄激光沖擊織構的金屬零件制造系統，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；

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相連；所述五軸聯動工作臺用于放置待成形金屬零件；

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，在氣氛室內的保護氣包裹下完成所述待成形金屬零件的復合加工制造。

優選地，所述微鑄模塊包括依次相連的送料機構、熱源、送料管道、第一固定架和噴嘴；

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

優選地，所述激光沖擊織構模塊包括第二固定架和激光頭；

所述激光頭位于所述第二固定架的下端；

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

優選地，所述五軸聯動工作臺包括水平工作臺、雙軸變位機構和機床主軸，所述水平工作臺上安裝有基板，所述基板用于放置所述待成形金屬零件，所述機床主軸可沿三個維度方向移動；所述雙軸變位機構安裝在所述水平工作臺下方，用于使所述水平工作臺沿兩個方向軸向旋轉。

優選地，所述系統還包括與所述控制裝置相連的在線檢測裝置；