CN105269269B - 一种超大长径比深孔类零件的金属增材制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超大长径比深孔类零件的金属增材制造方法，首先通过金属增材制造沉积一层金属，然后铣削成平面，最后钻孔加工孔径，形成“沉积金属，铣削平面，钻孔成形”的工艺过程。其特点是在增材制造每层金属的过程中进行深孔的加工，变深孔加工为厚度约1～3mm的浅孔加工，因而可以有效地解决直径小到1mm的超大长径比深孔无法加工的问题，避免了传统深孔加工中切削散热难、刀具易走偏等技术难题，制造成本较低，零件成形良好，工艺过程简单、灵活。此方法适合于含深孔的大型薄壁金属零件的加工制造，以弥补传统深孔加工方法的诸多不足。

Description

一种超大长径比深孔类零件的金属增材制造方法

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，更具体地，涉及一种超大长径比深孔类零件的金属增材制造方法。

背景技术

在机械制造中，一般L/D＞50(L为孔深，D为孔径)的孔称为深孔，L/D＞100的孔称为超深孔。深孔类零件在制造业中占有重要的地位。零件中的深孔加工是加工制造技术中的难点之一。深孔由于其超大的长径比以及加工时的封闭和半封闭状态，决定了其加工过程有如下难点：切削散热难、工艺系统刚性差、刀具易走偏等。目前世界上利用外排屑(如枪钻)深孔钻削技术，可钻削的孔径小到1.8mm，而内拍屑深孔钻削的孔径可小到2.5mm，且多数采用SIED(单管内排屑喷吸钻)技术。对于孔径小到1mm及以下，长径比超过200的超长深孔，其钻削加工仍是制造业有待解决的问题。

另外，目前制造业深孔类零件的加工制造面临个性化、小批量等要求，传统加工工艺周期较长、成本较高、材料利用率低，尤其对于钛合金等采用传统方法难于加工的金属材料，探索其加工制造的有效方法，具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或不足，本发明提供了一种超大长径比深孔类零件的金属增材制造方法，其目的在于为超大长径比深孔类零件的加工制造提供一种解决方案，由此解决深孔类零件个性化需求和其孔径小到1mm及以下难以加工制造的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种超大长径比深孔类零件的金属增材制造方法，尤其是对于深孔直径低至1mm的超大长径比深孔类零件。利用增材制造过程中“层层累积”的特点，将深孔加工与增材制造过程相结合，每沉积一层金属后进行平面铣削，再进行钻孔成形，重复此工艺过程，直到零件成形。

进一步的，所述的制造方法，包括如下步骤：

1.将需要成形的零件分为若干沉积层，各沉积层平行于基板工作面；

2.在基板工作面上沉积一层金属材料；

3.对所沉积金属材料表面进行铣削加工，使其成为平行于基板工作面的光洁表面；

4.根据所成形零件的深孔位置和尺寸，用钻孔工具在所述光洁表面对沉积层进行钻孔，孔径与各沉积层的孔径要求相对应，钻孔深度大于所述沉积层高度；

5.重复2-4步骤，直到完成最上一层金属的沉积与钻孔；

6.将成形零件从基板上切割下来，完成零件的金属增材制造。

图1、图2是上述过程的示意图。

进一步的，所述的制造方法，在每一层钻孔之后，下一层沉积之前，对沉积表面进行铣削，使其光洁，可以使相邻的沉积层之间实现更好的冶金结合。

进一步的，钻孔表面位于铣削平面内，所述深孔主要位于零件薄壁处。

进一步的，成形零件包括基板时，不将零件从基板上切割下来。

进一步的，所述的制造方法，用于成形的金属包括但不限于钢、铝合金、钛合金及其它高温合金。

进一步的，所述的制造方法，各层钻孔的直径是相同的。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于在每层增材制造的过程中进行深孔的加工，具有如下优点：避免了传统深孔加工中存在的许多技术难题，如切屑散热困难、排屑困难等；可实现大范围长径比的深孔加工，孔径可低至1mm；工艺过程简单，成形周期较短，成本较低，材料利用率高。

附图说明

图1是金属增材制造第一层薄壁墙及平面铣削、钻孔成形横截面示意图；

图2是金属增材制造第二层薄壁墙及平面铣削、钻孔成形横截面示意图；

图3为金属增材制造锥形深孔薄壁件示意图；

图4为金属增材制造锥形深孔薄壁件俯视示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的结构，其中：1-成形基板；2-第一层沉积金属横截面；3-钻孔；4-第二层沉积金属横截面；5-金属增材制造锥形深孔薄壁件的成形基板；6-金属增材制造锥形深孔薄壁件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例：如图3和图4所示的锥形薄壁深孔类零件，成形材料为低碳钢，此零件竖直高度为0.24m，壁厚3mm，母线与中心轴夹角为14°，底部内径为0.2m，顶部内径为0.32m，所需加工的30个深孔位于薄壁中心部位，直径均为1mm，并且均匀分布。增材制造方法选择电弧熔丝增材制造。焊丝材料为直径1mm的低碳钢焊丝，成形基板选择低碳钢材料，基板尺寸为400×400×20(长×宽×高，单位为mm)。其成形步骤如下：

步骤1：将基板固定在工作台上，设定每层沉积路径为圆，随着沉积层数的增加，圆的半径随之增加。沉积每层金属时，设定焊枪导电嘴与基板距离为10mm；

步骤2：设定初始成形参数：送丝速度为7m/min，焊接速度为0.3m/min。起弧开始沉积一层金属，圆形路径沉积结束后收弧；

步骤3：用铣刀沿平行于基板工作面方向铣平沉积金属表面，之后测得沉积层高度为3mm；

步骤4：用直径1mm的钻头在指定位置钻孔，钻孔深度设为3.2mm；

步骤5：根据第一层金属沉积高度，由三角函数关系推算出第二层沉积路径(圆)的半径增加值，改变参数。送丝速度设为5.8m/min，焊接速度为0.3m/min，起弧开始沉积第二层金属，圆形路径沉积结束后收弧。进行平面铣削，测得第二层沉积金属高度为2.3mm，然后用直径1mm的钻头在指定位置钻孔。按此步骤，沉积到第六层金属后，沉积厚度基本固定为1.5mm，成形参数也固定不变。依此过程，直到完成整个深孔类零件的成形；

步骤6：用线切割机将成形零件从基板上切割下来。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超大长径比深孔类零件的金属增材制造方法，其采用增材制造工艺，通过电弧熔丝、激光送粉或送丝实现增材制造，其特征在于，零件逐层沉积、逐层钻孔，各沉积层的结构和钻孔尺寸根据成形零件的外形和孔径特征及尺寸确定；所述深孔其孔径小到1mm及以下；

具体包括如下步骤：

(1)将需要成形的零件分为若干沉积层，各沉积层平行于基板工作面；

(2)在基板工作面上沉积一层金属材料；

(3)对所沉积金属材料表面进行铣削加工，使其成为平行于基板工作面的光洁表面；

(4)根据所成形零件的深孔位置和尺寸，用钻孔工具在所述光洁表面对沉积层进行钻孔，孔径与各沉积层的孔径要求相对应，钻孔深度大于所述沉积层高度；

(5)重复(2)、(3)、(4)步骤，直到完成最上一层金属的沉积与钻孔；

(6)将成形零件从基板上切割下来，完成零件的金属增材制造。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在每一层钻孔之后，下一层沉积之前，对沉积表面进行铣削，使其光洁。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，钻孔表面位于铣削平面内，所述深孔位于零件薄壁处。

4.根据权利要求1-2任一所述的制造方法，其特征在于，用于成形的金属包括钢、铝合金、钛合金和其它高温合金。

5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，用于成形的金属包括钢、铝合金、钛合金和其它高温合金。

6.根据权利要求1-2任一所述的制造方法，其特征在于，各层钻孔的直径是相同的。

7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，各层钻孔的直径是相同的。