[發明專利]激光-電弧多槍協同增材制造飛機承力框的方法及產品

有效

• 申請號: 202011471667.1
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112658485B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 李潤聲;張海鷗;王桂蘭;戴福生;張明波;王瑞;趙旭山
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/082;B23K26/70
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

本發明屬于増材制造相關技術領域，并公開了一種激光?電弧多槍協同增材制造飛機承力框的方法及產品。該飛機承力框的制備方法包括下列步驟：S1對于飛機承力框的幾何模型，將其分割為三層，包括中間的板狀結構和上下兩層加強結構，規劃于上下兩層加強結構的成形軌跡；S2選取成型基板作為中間的板狀結構，采用夾具將基板固定，采用多組激光?電弧協同復合増材制造成形上表面和下表面，以此在基板的上下表面獲得加強結構；S3將基板以及夾具一同進行固溶?時效熱處理，然后退火，拆除夾具，機加工，以此獲得所需的飛機承力框。通過該發明，實現飛機承力框的成形，成形精度和效率高。

技術領域

本發明屬于増材制造相關技術領域，更具體地，涉及一種激光-電弧多槍協同增材制造飛機承力框的方法及產品。

背景技術

承力框是飛機機體的重要組成部分，起到主要承載作用。具有較多的加強筋與交叉特征，目前主要采用的制造方法為鍛造與數控加工的方式，材料利用率低，生產周期長。

電弧增材制造以一種以絲材為原料，電弧為熱源的增材制造方式。具有周期短，能耗低，材料利用率高等優點，特別適合制造大型復雜零件，在航空航天行業具有廣泛的應用前景。

單一電弧成形鋁合金時，電弧不穩定，成形形貌較差，氣孔較多，成形效率較低，而單個打印頭也存在效率低下，變形較大等問題。因此有必要針對飛機承力框的成形，開發一種激光-電弧多槍協同增材制造的方法。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種激光-電弧多槍協同增材制造飛機承力框的方法及產品，通過采用激光-電弧復合的増材制造方法成形具有多個加強筋和交叉特征的飛機承力框結構，有效解決了飛機承力框的成形問題，滿足了飛機承力框結構成形精度需求。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種激光-電弧多槍協同增材制造飛機承力框的方法，所述飛機承力框中的上表面和下表面上分布著多個加強筋和交叉結構，該飛機承力框的制備方法包括下列步驟：

S1對于飛機承力框的幾何模型，將其分割為三層，包括中間的板狀結構和上下兩層加強結構，對于上下兩層的加強結構，先將其進行分區，然后對于每個區域中的加強筋和交叉結構分別規劃其成形軌跡；

S2選取成型基板作為中間的板狀結構，采用夾具將所述基板固定，按照步驟S1中規劃的成形軌跡，采用多組激光-電弧協同復合増材制造的方式在所述基板的上表面和下表面上分區成形，以此在所述基板的上下表面獲得加強結構；

S3將步驟S2形成帶有加強結構的基板以及固定該基板的夾具一同進行固溶-時效熱處理，然后退火，拆除所述夾具，機加工，以此獲得所需的飛機承力框。

進一步優選地，在步驟S1中，對于加強筋成形軌跡采用下列方式規劃，首先獲取該加強筋的中軸線，將該中軸線進行等距偏移，以此獲得多條平行軌跡，該多條平行軌跡即為所需的成形軌跡。

進一步優選地，在步驟S2中，對于交叉特征的成形軌跡按照下列方式規劃，在兩條或者多條筋相交的交叉處，在其中一條筋A的末端規劃一端平行于其他筋的成形軌跡，作為筋A成形軌跡的延伸，以此實現交叉特征成形軌跡的規劃。

進一步優選地，在步驟S2中，所述基板的材料為2219鋁合金，厚度為20mm～50mm，熱處理態為O態。

進一步優選地，在步驟S2中，所述激光-電弧協同成形的過程中，所述焊槍與基板垂直，激光傾斜放置。

進一步優選地，所述激光與成形平面夾角為40°～60°，功率1kW～3kW可調，波長1080±5nm，光斑長軸為6mm～10mm，短軸為4mm～6mm，離焦量為150mm～200mm，光絲距為-2mm～2mm。