[發明專利]一種液體火箭發動機噴注盤激光選區熔化成型方法

在審

• 申請號: 202111421838.4
• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114178550A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 劉偉;吳朝輝;莊宿國;張春紅;薛軍;孫宇哲;張艷明
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F5/00;B22F10/85;B22F10/64;B22F10/66;B22F10/68;B22F10/47;B33Y10/00;B33Y40/20;B33Y80/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發明一種液體火箭發動機噴注盤激光選區熔化成型方法，主要解決現有噴注盤的支撐結構在產品成型過程中容易變形、材料消耗過多及產品成型后支撐結構難以去除等技術問題。本發明提供的成型方法為：(1)在三維軟件中進行添加蜂窩狀支撐結構的噴注盤三維模型的參數化設計建模，生成噴注盤模型；將添加蜂窩狀支撐后的噴注盤三維模型導入激光選區熔化成型軟件中，并確定噴注盤的擺放方式；(2)設定工藝參數并生成打印軌跡；(3)進行激光選區熔化成型的準備工作并完成噴注盤的打印成型，獲得噴注盤半成品；(4)對噴注盤半成品進行后加工處理得到液體火箭發動機噴注盤成品。

技術領域

本發明涉及激光選區熔化成型技術，特別是涉及一種液體火箭發動機噴注盤激光選區熔化成型方法。

背景技術

液體火箭發動機的噴注盤內部分布著十余道復雜的內孔流道，內孔流道的加工精度、表面粗糙度直接影響該產品的性能。傳統加工工藝為先加工多個帶孔的板片，再通過真空擴散焊將板片按照一定順序進行焊接，各個板片中的孔便會串聯形成內孔流道，但這種加工方法存在生產周期長，焊縫數量多，變形大，真空擴散焊連接強度低，內孔流道不光滑從而影響液體流阻等問題。采用激光選區熔化技術可有效的縮短加工周期，減少機加工序及焊縫數量，且內孔流道連續光滑，噴注盤整體強度得到提高。

采用激光選區熔化技術成型金屬零件時，往往需要添加余量與支撐結構；添加余量是由于激光選區熔化成型工藝的特性導致零件表面粗糙度低，尺寸精度差，常規激光選區熔化零件成型的表面粗糙度Ra在6.3μm左右，尺寸精度在0.1mm左右，因此為提高零件合格率，常在零件表面添加機械加工余量，后續使用機械加工將其除掉來提高零件表面的精度，但液體火箭發動機噴注盤由于結構特殊，余量去除比較困難，機加難度大且工序長。

目前常用的支撐樣式有實體支撐、網格支撐和柱狀支撐，具體如下：

(1)實體支撐在激光選區熔化成型過程中，往往需要從基材面整體大面積向上生長，才能保證支撐底部的牢固性，由于與零件的接觸面過大，導致這類支撐去除困難，從而影響零件的表面質量。而且，采用實體支撐還存在浪費材料和加工時間長等缺點。

(2)網格支撐由于強度弱，在成型過程中容易出現塌陷和在刮刀作用下出現破損等缺陷，在實際使用時存在風險。

(3)傳統的柱狀支撐由于柱子之間相互獨立，隨著成型高度的增加，當支撐受到刮刀干涉時，容易造成柱子變形或斷裂，失去支撐功能，影響零件的最終成型。

綜上，在實際成型過程中，更多時候采用柱狀支撐和網格支撐的復合支撐，由于在網格支撐中引入了柱狀支撐，復合支撐的強度得到了提升，支撐的可靠性也大大提高。但是這類支撐也存在不足之處：

(1)支撐的去除性差，零件成型后支撐不易去除，造成后處理的難度增加；

(2)對于零余量激光選區熔化成型的產品，去除支撐后會對產品表面造成損傷，產品表面粗糙度很差，難以滿足使用要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有噴注盤的支撐結構在產品成型過程中容易變形、材料消耗過多及產品成型后支撐結構難以去除等技術問題。

為解決以上技術問題，本發明提供了一種液體火箭發動機噴注盤激光選區熔化成型方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

步驟1、設計建模：

1.1)在三維軟件中進行添加蜂窩狀支撐結構的噴注盤三維模型的參數化設計建模，生成噴注盤模型；所述蜂窩狀支撐結構，是一種多層結構，每一層由若干個正六棱柱排列組合而成，單個正六棱柱稱為支撐單房，每個支撐單房由六個四邊形側面和兩個六邊形底面組成，六邊形底面所在方向稱為房口，每層所有正六棱柱房口均開向同一側，每兩個相鄰的正六棱柱共用一個四邊形側面，不同層相鄰的正六棱柱之間共用一個底面。

1.2)將噴注盤模型生成噴注盤STL文件；