CN105945281A - 零件与模具的熔积成形加工制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零件与模具的熔积成形加工制造方法，属于无模生长制造与再制造领域。其包括如下步骤：S1将待成型工件的三维CAD模型进行分层切片处理，S2获得各个分层切片数控代码，S3根据各个分层切片的数控代码逐层进行熔积成形，采用激光成形工件的精细部分，采用电弧、电子束、电渣焊和埋弧焊中一种或者多种工艺成形工件的厚壁和非精细部分，或者S3采用激光束与气体保护的电弧相复合的热源或者激光束与真空保护的电子束相复合的热源成形，在成形工件的薄壁和精细部分，关停气体保护的电弧或者关停真空保护的电子束。本发明方法可以直接熔积成形获得组织性能稳定、制造精度高的带有薄壁或者精细部分的零件和模具。

Description

零件与模具的熔积成形加工制造方法

技术领域

本发明属于零件与模具的无模生长制造与再制造领域，更具体地，涉及一种零件与模具的熔积成形加工制造方法。

背景技术

高致密金属零件或模具的无模熔积成形方法主要有大功率激光熔积成形、电子束自由成形、等离子弧与电弧熔积成形等方法。

大功率激光熔积成形采用大功率激光，逐层将送到基板上的金属粉末熔化，并快速凝固熔积成形，最终得到近终成形件。该方法成形精度较高，工件的密度远高于选择性激光烧结件，但成形效率、能量和材料的利用率不高、不易达到满密度、设备投资和运行成本高(参见文献：A.J.Pinkkerton,L.Li,Effects ofGeometry and Composition in Coaxial Laser Deposition of 316L Steel for RapidProtyping,Annals of the CIRP,Vol.52,1(2003),p181-184)。

电子束自由成形方法采用大功率的电子束熔化粉末材料，根据计算机模型施加电磁场，控制电子束的运动，逐层扫描直至整个零件成形完成。该方法成形精度较高、成形质量较好，然而其工艺条件要求严格，整个成形过程需在真空中进行，致使成形尺寸受到限制，设备投资和运行成本很高，且因采用与选择性烧结相同的层层铺粉方式，难以用于梯度功能材料零件的成形(参见文献：Matz J.E.,Eagar T.W.Carbide formation in Alloy 718 during electron-beam solidfreeform fabrication.Metallurgical and Materials Transactions A:Physical Metallurgyand Materials Science,2002,v33(8):p2559-2567)。

等离子熔积成形方法是采用高度压缩、集束性好的等离子束熔化同步供给的金属粉末或丝材，在基板上逐层熔积形成金属零件或模具，该方法比前两种方法成形效率和材料利用率高，易于获得满密度，设备和运行成本低。但是，因弧柱直径较前两者大，成形的尺寸和表面精度不及前两者，故与大功率激光熔积成形方法相似，大都要在成形完后进行精整加工(参见文献：Haiou Zhang,JipengXu,Guilan Wang,Fundamental Study on Plasma Deposition Manufacturing，Surface and Coating Technology,v.171(1-3),2003,pp.112～118，张海鸥，吴红军，王桂兰，陈竞，等离子熔积直接成形高温合金件组织结构研究，华中科技大学学报自然科学版，v 33,n 11,2005,p 54-56)。然而，直接成形的难加工材料零件因急冷凝固使表面硬度增大，导致加工非常困难。形状复杂的零件还需多次装夹，致使加工时间长，有时甚至要占整个制造周期的60％以上，成为高性能难加工零件低成本短流程生长制造的瓶颈。

为此，出现了等离子熔积成形与铣削加工复合无模快速制造方法，即以等离子束为成形热源，在分层或分段熔积成形过程中，依次交叉进行熔积成形与数控铣削精加工，以实现短流程、低成本的直接精确制造(参见文献：张海鸥,熊新红,王桂兰,等离子熔积/铣削复合直接制造高温合金双螺旋整体叶轮，中国机械工程，2007，Vol18，No.14:P1723～1725)。

上述三种方法中，大功率激光熔积成形法和等离子电弧成形法皆为无支撑、无模熔积成形匀质或复合梯度功能材料零件的方法。与铺粉式的电子束成形、选择性激光烧结/熔化成形，以及采用熔点低的纸、树脂、塑料等的LOM(Laminated Object Manufacturing，纸叠层成形)、SLA(StereolithographyApparatus，光固化成形)，FDM(Fused Deposition Modeling，熔丝沉积制造)、SLS(Selective Laser Sintering，选择性激光烧结)等有支撑的无模堆积成形的方法相比，避免了成形时因需要支撑而须添加和去除支撑材料导致的材料、工艺、设备上的诸多不利，减少了制造时间，降低了成本，并可成形梯度功能材料的零件。但是，同时也因无支撑而在有悬臂的复杂形状零件的成形过程中，熔融材料在重力作用下，可能产生下落、流淌等现象，导致难以熔积成形。

等离子熔积铣削复合制造方法虽通过分层的成形和铣削精整，降低了加工复杂程度，但对于侧面带大倾角尤其是横向悬角部分的复杂形状零件，堆积成形时因重力产生的流淌甚至塌落仍不能避免，以至难以横向生长成形。

为此，美国Michigan大学、Southern Methodist大学、新加坡国立大学等一些国外研究机构研究采用变方向切片技术,选择支撑条件最多的方向作为零件成形主方向，或将复杂形状零件分解成若干简单形状的部件依次成形的方法；或开发五轴无模成形加工设备和软件，使熔融成形材料尽可能处于有支撑的条件下，从而显著改善生长成形的支撑条件，避免材料的下落(参见如下文献：P.Singh,D.Dutta,Multi-direction slicing for layered manufacturing,Journal ofComputing and Information Science and Engineering,2001,2,pp:129–142；JianzhongRuan,Todd E.Sparks,Ajay Panackal et.al.Automated Slicing for aMultiaxisMetal Deposition System.Journal of Manufacturing Science andEngineering.APRIL 2007,Vol.129.pp:303-310；R.Dwivedi,R.Kovacevic,Anexpert system for generation of machine inputs for laser-based multi-directional metaldeposition,International Journal of Machine Tools & Manufacture,46(2006),pp:1811-1822)。

采用气体或真空保护的、使用丝、带状材料的等离子弧/电弧、真空保护的电子束、熔渣保护的电渣焊与埋弧焊等热源熔积成形方法，相比采用粉末状材料的激光送粉成形方法，具有可成形更加复杂形状、熔积效率更高、成本更低等优势，但是，对于复杂精细、薄壁形状的零件，由于其弧柱较粗，成形精度较差，在此类复杂精细和薄壁零件制造时的应用受到限制。因此，采用这类热源成形的精细度、精度和薄壁程度不及激光送粉熔积成形法(参见如下文献：Almeida P M S,Williams S,Innovative process model of Ti-6Al-4V additive layermanufacturing using cold metal transfer(CMT)[C].Proceedings of the 21^th AnnualInternational Solid Freeform Fabrication Symposium,Austin,Texas,USA,2010:25-26)，难以获得比激光成形更精细和壁薄的零件。

因此，长期以来，对于市场上增材成形薄壁或精细形状零件的研发和生产需求，上述适于高效、低成本的大中型零件的增材成形工艺方法及装备难以被考虑和采用，以致形成增材制造必须对应不同的形状精细程度、壁厚程度的零件，采用不同方法和装备的现状。而若能将这两类热源及其成形装置集成在同一台设备上，使其既可成形复杂精细和薄壁形状，又可高效快速成形大尺寸和厚壁形状的零件，将可解决大、中、小型，以及精细形状和壁厚不同的零件尚无法采用同一设备成形的问题，然而，为实现这种集成，需解决需要开发可实现复杂多热源的运动轨迹、工艺参数与时序的精确控制软硬件的开发，各成形系统装置间不能产生碰撞、各特征形状成形不能产生干涉等难题。

此外，由于航空航天、舰船海工、能源动力等行业对零部件的组织力学性能及其稳定性的要求很高，还需解决现有单一热源增材制造方法因急速加热、快速凝固和自由生长成形的特点，增材成形过程中的开裂、气孔等难以避免，组织性能及其稳定性尚不能满足要求的问题。

以上诸问题已成为制约熔积直接增材成形技术能否进一步发展和实现工业化应用所急需解决的关键技术难点和瓶颈问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种零件与模具的熔积成形加工方法，其目的在于，将多种直接增材成形技术巧妙结合在一起，形成一种新型的直接增材成形方法，该方法可以直接熔积成形获得组织性能稳定、制造精度高的带有薄壁或者精细部分的零件和模具。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种零件与模具的熔积成形加工制造方法，其包括如下步骤：

S1：根据待成形工件的形状、厚度以及尺寸精度的要求，将待成型工件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得多个分层切片的数据，每个分层切片的数据包括该分层切片的厚度、形状以及尺寸精度，

S2：根据所述分层切片的数据进行成形路径规划，生成成形加工所需的各个分层切片数控代码，

S3：根据步骤S2获得的各个分层切片的数控代码逐层进行熔积成形，采用激光为热源成形工件的薄壁和精细部分，

采用气体保护的电弧、真空保护的电子束、熔渣保护的电渣焊和熔渣保护的埋弧焊中一种或者多种工艺成形工件的厚壁和非精细部分，

所述薄壁和精细部分是指厚度小于或等于2mm的部分。

以上发明构思中，采用气体保护的电弧、真空保护的电子束或熔渣保护的电渣焊、埋弧焊成形厚壁或非精细形状的部分；采用激光束成形薄壁和精细形状的部分，由此，克服了气体保护的电弧、真空保护的电子束或熔渣保护的电渣焊、埋弧焊不适于成形薄壁和精细形状的问题。

进一步的，还包括步骤S4，S4：熔积成形时，在成形质量达不到产品要求的情况下，采用轧辊随着熔融软化区域同步移动，对该区域的上表面、侧表面或同时对上表面和侧表面执行塑性成形加工，以提高成形工件的冶金质量、力学性能、尺寸精度以及表面精度。

进一步的，还包括步骤S5，S5：熔积成形时，在待成形工件尺寸精度和表面精度达不到产品要求的情况下，逐层或多层分段采用铣削、研磨或/和抛光方式对成形工件进行精整加工，直至达到待成形工件的尺寸精度要求和表面精度要求。

按照本发明的另一个方面，还提供一种零件与模具的熔积成形加工制造方法，其包括如下步骤：

S1：根据待成形工件的形状、厚度以及尺寸精度的要求，将待成型工件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得多个分层切片的数据，每个分层切片的数据包括该分层切片的厚度、形状以及尺寸精度，

S2：根据所述分层切片的数据进行成形路径规划，生成成形加工所需的各个分层切片数控代码，

S3：根据步骤S2获得的各个分层切片的数控代码逐层进行熔积成形，采用激光束与气体保护的电弧相复合的热源或者激光束与真空保护的电子束相复合的热源成形，

在成形工件的薄壁和精细部分，关停气体保护的电弧或者关停真空保护的电子束，仅仅采用激光束为热源成形薄壁和精细部分，

所述薄壁和精细部分是指厚度小于或等于2mm的部分。

在熔积成型时，一直采用激光束与气体保护的电弧相复合的热源或者激光束与真空保护的电子束相复合的热源成形，在成形过程中，遇到薄壁和精细部分就关停气体保护的电弧或者关停真空保护的电子束，仅仅用激光为热源进行成形。结束了薄壁和精细部分成型，就再次开启气体保护的电弧或者关停真空保护的电子束，采用复合热源成形。

以上发明构思中，在熔积成形过程中，为提高气体保护电弧的能量密度、弧柱稳定性、熔积效率、成形质量，将气体保护的电弧与激光束复合进行熔积成形；逐层熔积成形，直至达到零件或模具的尺寸及表面精度、质量的要求。激光束与气体保护的电弧或激光束与真空保护的电弧焊相复合的热源用于成形工件的厚壁和非精细部分。在成形薄壁部分时，关停气体保护的电弧或者关停真空保护的电子束，仅仅采用激光束为热源成形薄壁和精细部分，相当于还是采用激光束为热源成形薄壁和精细部分。

进一步的，还包括步骤S4，S4为：熔积成形时，在成形质量达不到产品要求的情况下，采用轧辊随着熔融软化区域同步移动，对该区域的上表面、侧表面或同时对上表面和侧表面执行塑性成形加工，以提高零件或模具的冶金质量、力学性能、尺寸精度以及表面精度。

本发明中，在成形质量和力学性能达不到产品要求的情况下，对在热源或激光束，或气体保护的电弧与激光束的复合弧束作用下的熔融软化区域，采用微型轧辊或其他微型塑性成形装置，随着熔融软化区域同步移动，对该区域的上表面或侧表面或同时对这两个表面作塑性成形加工；逐层进行熔积成形加工，可以提高零件或模具的冶金质量、力学性能、尺寸及表面精度。

进一步的，还包括步骤S5，S5为：熔积成形时，在成形工件尺寸精度和表面精度达不到产品要求的情况下，逐层或多层分段采用铣削、研磨或/和抛光方式对待成形工件进行精整加工，直至达到待成形工件的尺寸精度要求和表面精度要求。

本发明中，采用气体保护的电弧与激光束复合熔积成形，可提高气体保护电弧的能量密度、弧柱稳定性、熔积效率、成形质量。再有，由于以上成形方法都没有锻轧工序，获得的零件组织性能难及锻件，所以在采用上述方法熔积成形过程中，对在上述热源或激光束，或气体保护的电弧与激光束的复合弧束作用下的熔融软化区域，采用微型轧辊或其他微型塑性成形装置，对该区域的上表面或侧表面或同时对这两个表面作塑性成形加工，逐层进行熔积成形加工，提高零件或模具的冶金质量、力学性能、尺寸及表面精度、防止无支撑情况下熔融材料因重力产生的下落、流淌或者坍塌，从而保证复杂形状零件的成形稳定性，实现复杂形状零件或模具的直接成形。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案能够取得下列有益效果：

本发明保持了气体保护的电弧、真空保护的电子束或熔渣保护的电渣焊、埋弧焊熔积成形技术成形效率高、成本低、成形体易于达到满密度、适于大中型金属零件的优点，同时利用了大功率激光熔积成形适用的材料范围广的特点，大功率激光熔积可用于金属、金属间化合物、金属陶瓷、陶瓷及其复合梯度功能材料的零件或模具增材制造。本发明将两种成形方法较好结合起来，可以直接熔积成形获得组织性能稳定、制造精度高的带有薄壁或者精细部分的零件和模具。

此外，本发明也可用于在通过铸造或机械加工得到的零件或工模具的坯体上，采用本项技术熔积成形加工至所需零件和工模具尺寸，还可用于零件或模具的表面修复或强化中，其能克服现有方法在修复或强化完后对急冷硬化的修复和强化层进行后续精加工非常困难的技术问题。

附图说明

图1是本发明实施例一种方法的流程示意图，其分别采用激光为热源成形工件的薄壁和精细部分，采用气体保护的电弧、真空保护的电子束、熔渣保护的电渣焊和熔渣保护的埋弧焊中一种或者多种工艺成形工件的厚壁和非精细部分；

图2是本发明实施例又一种方法的流程示意图，其采用激光束与气体保护的电弧相复合的热源或者激光束与真空保护的电子束相复合的热源成形，在成形工件的薄壁和精细部分，关停气体保护的电弧或者关停真空保护的电子束，仅仅采用激光束为热源成形薄壁和精细部分。

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。

图1是本发明实施例一种方法的流程示意图，其分别采用激光为热源成形工件的薄壁和精细部分，采用气体保护的电弧、真空保护的电子束、熔渣保护的电渣焊和熔渣保护的埋弧焊中一种或者多种工艺成形工件的厚壁和非精细部分；

图2是本发明实施例又一种方法的流程示意图，其采用激光束与气体保护的电弧相复合的热源或者激光束与真空保护的电子束相复合的热源成形，在成形工件的薄壁和精细部分，关停气体保护的电弧或者关停真空保护的电子束，仅仅采用激光束为热源成形薄壁和精细部分。

以上成形方法中，熔积成形性、成形质量和组织性能达不到要求，对在上述热源作用下的熔融软化区域，采用微型轧辊或其他微型塑性成形装置，对该区域的上表面或侧表面或同时对这两个表面作塑性成形加工，逐层进行熔积成形加工，以提高零件或模具的冶金质量、力学性能、尺寸及表面精度、防止无支撑情况下熔融材料因重力产生的下落、流淌、坍塌等，从而保证复杂形状零件的成形稳定性，实现复杂形状零件或模具的直接成形。若零件形状复杂，且成形尺寸与表面精度达不到要求，则需在成形过程中进行精整加工，因此，按照与成形路径复合的研磨、抛光路径规划，在成形过程中逐层或数层分段复合铣削，研磨、抛光精整加工。该精整加工过程与同步成形加工过程交替进行，直到模具成形结束，尺寸和表面精度达到要求。

实施例1：

本实施例采用气体保护的电弧焊枪制备具有复杂冷却流道以及薄壁与厚壁形状的压铸成形模具，该模具材质为H13热模具钢，成形时候采用热模具钢丝材作为原材料，双丝电弧焊枪的电流为250A，其具体的制备方法如下：

S1：根据待成形模具的形状、厚度以及尺寸精度的要求，将待成性工件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得分层切片的数据，每个分层切片的数据包括该分层切片的厚度、形状以及尺寸精度，

S2：根据所述分层切片的数据进行成形路径规划，生成成形加工所需的各个分层切片数控代码，

S3：根据步骤S2获得的各个分层切片的数控代码逐层进行熔积成形。具体的，在基板上按照由模具三维CAD模型得到的数字化成形加工路径，逐层进行熔积成形，

采用激光成形工件的薄壁和精细部分，所述薄壁和精细部分是指厚度、长度、高度或者直径小于等于2mm的部分。采用的是1000w的光纤激光器和相同材质的不锈钢粉末或丝材在这一区域进行熔积成形。采用气体保护的电弧焊成形工件的厚壁和非精细部分，

S4：熔积成形时，在成形质量达不到产品要求的情况下，采用微型轧辊随着熔融软化区域同步移动，对该区域的上表面、侧表面或同时对上表面和侧表面执行塑性成形加工，以提高零件或模具的冶金质量、力学性能、尺寸精度以及表面精度。

S5：熔积成形凝固或者半凝固后，在待成形工件尺寸精度和表面精度达不到产品要求的情况下，逐层或多层分段采用铣削、研磨或/和抛光方式对待成形工件进行精整加工，直至达到待成形工件的尺寸精度要求和表面精度要求。

实施例2：

采用气体保护的电弧焊枪，焊接电流为250A，并根据待熔积制造的带复杂细筋和冷却流道的注塑模具型腔的使用性能要求，采用不锈钢丝材为原材料进行成形。

S1：根据待成形模具的形状、厚度以及尺寸精度的要求，将待成性工件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得分层切片的数据，每个分层切片的数据包括该分层切片的厚度、形状以及尺寸精度，

S2：根据所述分层切片的数据进行成形路径规划，生成成形加工所需的各个分层切片数控代码，

S3：根据步骤S2获得的各个分层切片的数控代码逐层进行熔积成形。具体的，在基板上按照由模具三维CAD模型得到的数字化成形加工路径，逐层进行熔积成形，在熔积成形过程中，为提高气体保护电弧的能量密度、弧柱稳定性、熔积效率、成形质量，将2000w的光纤激光器产生的激光引入至熔池中，实现电弧与激光的复合熔积成形。

实施例4：

采用电渣焊方法，焊接电压为25V，并根据待熔积制造的模具型腔的使用性能要求，采用低合金板材，在基板上按照由模具三维CAD模型得到的数字化成形加工路径，逐层进行熔积成形。具体为：

S1：根据待成形模具的形状、厚度以及尺寸精度的要求，将待成性工件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得分层切片的数据，每个分层切片的数据包括该分层切片的厚度、形状以及尺寸精度，

S2：根据所述分层切片的数据进行成形路径规划，生成成形加工所需的各个分层切片数控代码，

S3：根据步骤S2获得的各个分层切片的数控代码逐层进行熔积成形。具体的，在基板上按照由模具三维CAD模型得到的数字化成形加工路径，逐层进行熔积成形，

S4：为提高熔积成形性、成形质量和组织性能，对在上述热源作用下的熔融软化区域，采用微型轧辊或其他微型塑性成形装置，对该区域的上表面或侧表面或同时对这两个表面作塑性成形加工，逐层进行熔积成形加工，以提高零件或模具的冶金质量、力学性能、尺寸及表面精度、防止无支撑情况下熔融材料因重力产生的下落、流淌、坍塌等，从而保证复杂形状零件的成形稳定性，实现复杂形状零件或模具的直接成形。

S5：由于零件形状复杂，则需在成形过程中进行精整加工，因此，按照与成形路径复合的研磨、抛光路径规划，在成形过程中逐层或数层分段复合铣削，研磨、抛光精整加工。该精整加工过程与同步成形加工过程交替进行，直到模具成形结束，尺寸和表面精度达到要求。

实施例5：

S1：根据待成形模具的形状、厚度以及尺寸精度的要求，将待成性工件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得分层切片的数据，每个分层切片的数据包括该分层切片的厚度、形状以及尺寸精度，

S2：根据所述分层切片的数据进行成形路径规划，生成成形加工所需的各个分层切片数控代码，

S3：根据步骤S2获得的各个分层切片的数控代码逐层进行熔积成形。具体的，在基板上按照由模具三维CAD模型得到的数字化成形加工路径，逐层进行熔积成形，

具体到本实施例中，根据壁厚、实体多的待制造注塑成形模具形状及使用性能要求，首先通过铸造或机械加工得到与模具或零件三维CAD模型形状近似的坯体，然后采用气体保护的电弧焊枪，焊接电流为250A，并根据待熔积制造的模具型腔的使用性能要求，采用模具钢丝材，在坯体上按照由模具或零件三维CAD模型得到的数字化成形加工路径，逐层进行熔积成形；

在2mm以下的薄壁和精细复杂形状区域，可采用1000w的光纤激光器和相同材质的模具钢粉末或丝材在这一区域进行熔积成形；

S4：熔积成形性、成形质量和组织性能达不到要求，对在上述热源作用下的熔融软化区域，采用微型轧辊或其他微型塑性成形装置，对该区域的表面进行塑性加工，逐层进行熔积成形加工，以提高零件或模具的冶金质量、力学性能、尺寸及表面精度、防止无支撑情况下熔融材料因重力产生的下落、流淌、坍塌等，实现复杂形状零件或模具的高效、低成本、优质直接成形。

S5：零件形状复杂，且成形尺寸与表面精度达不到要求，则需在成形过程中按照与成形路径复合的研磨、抛光路径规划，在成形过程中逐层或数层分段复合铣削，或研磨、抛光精整加工。该精整加工过程与成形加工过程交替进行，直到模具成形结束，尺寸和表面精度达到要求。

实施例6：

S1：根据待成形模具的形状、厚度以及尺寸精度的要求，将待成性工件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得分层切片的数据，每个分层切片的数据包括该分层切片的厚度、形状以及尺寸精度，

S2：根据所述分层切片的数据进行成形路径规划，生成成形加工所需的各个分层切片数控代码，

S3：根据步骤S2获得的各个分层切片的数控代码逐层进行熔积成形。具体的，在基板上按照由模具三维CAD模型得到的数字化成形加工路径，逐层进行熔积成形，

具体到本实施例中，根据待修复冲压成形模具的使用性能要求，采用模具钢焊丝，在模具待修复部位的表面上按照由模具三维CAD模型得到的数字化熔积修复路径，在2mm以下的薄壁和精细复杂形状区域，可采用1000w的光纤激光器、梯度功能材料送粉器以及相同材质的模具钢粉末或丝材在这一区域进行单质或梯度功能材料熔积成形；

S4：为提高成形质量和组织性能，对在上述热源作用下的熔融软化区域，采用微型轧辊或其他微型塑性成形装置，对该区域的表面进行塑性加工，逐层进行此熔积成形加工，以提高零件或模具的冶金质量、力学性能、尺寸及表面精度、防止无支撑情况下熔融材料因重力产生的下落、流淌、坍塌等，实现复杂形状零件或模具的高效、低成本、优质直接成形。

S5：零件形状复杂，且成形尺寸与表面精度达不到要求，则需在成形过程中按照与成形路径复合的研磨、抛光路径规划，在成形过程中逐层或数层分段复合铣削，或研磨、抛光精整加工。该精整加工过程与成形加工过程交替进行，直到模具成形结束，尺寸和表面精度达到要求。

本发明提供一种零件与模具的熔积成形加工方法，解决现有零件与模具的无模生长制造方法中无法成形薄壁和精细部分的问题，传统方法采用气体保护的等离子弧/电弧、真空保护的电子束、熔渣保护的电渣焊与埋弧焊等热源，熔积成形，难以获得比激光成形精细和壁薄的零件，无模多层熔积生长成形过程中因反复急热急冷导致的成形件组织性能不稳定的问题。本发明方法巧妙的将气体保护的等离子弧/电弧、真空保护的电子束、熔渣保护的电渣焊与埋弧焊等热源的熔积成形，与激光为热源的成形结合在一起，突破了传统的思维认识，使得容积成形工件的质量和效率均能兼顾。

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 (6)

1.一种零件与模具的熔积成形加工制造方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1：根据待成形工件的形状、厚度以及尺寸精度的要求，将待成型工件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得多个分层切片的数据，每个分层切片的数据包括该分层切片的厚度、形状以及尺寸精度，

S2：根据所述分层切片的数据进行成形路径规划，生成成形加工所需的各个分层切片数控代码，

S3：根据步骤S2获得的各个分层切片的数控代码逐层进行熔积成形，采用激光为热源成形工件的薄壁和精细部分，

采用气体保护的电弧、真空保护的电子束、熔渣保护的电渣焊和熔渣保护的埋弧焊中一种或者多种工艺成形工件的厚壁和非精细部分，

所述薄壁和精细部分是指厚度小于或等于2mm的部分。

2.如权利要求1所述的一种零件与模具的熔积成形加工制造方法，其特征在于，还包括步骤S4：

S4：熔积成形时，在成形质量达不到产品要求的情况下，采用轧辊随着熔融软化区域同步移动，对该区域的上表面、侧表面或同时对上表面和侧表面执行塑性成形加工，以提高成形工件的冶金质量、力学性能、尺寸精度以及表面精度。

3.如权利要求2所述的一种零件与模具的熔积成形加工制造方法，其特征在于，还包括步骤S5：

S5：熔积成形时，在待成形工件尺寸精度和表面精度达不到产品要求的情况下，逐层或多层分段采用铣削、研磨或/和抛光方式对成形工件进行精整加工，直至达到待成形工件的尺寸精度要求和表面精度要求。

4.一种零件与模具的熔积成形加工制造方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1：根据待成形工件的形状、厚度以及尺寸精度的要求，将待成型工件的三维CAD模型进行分层切片处理，获得多个分层切片的数据，每个分层切片的数据包括该分层切片的厚度、形状以及尺寸精度，

S2：根据所述分层切片的数据进行成形路径规划，生成成形加工所需的各个分层切片数控代码，

S3：根据步骤S2获得的各个分层切片的数控代码逐层进行熔积成形，采用激光束与气体保护的电弧相复合的热源或者激光束与真空保护的电子束相复合的热源成形，

在成形工件的薄壁和精细部分，关停气体保护的电弧或者关停真空保护的电子束，仅仅采用激光束为热源成形薄壁和精细部分，

所述薄壁和精细部分是指厚度小于或等于2mm的部分。

5.如权利要求4所述的一种零件与模具的熔积成形加工制造方法，其特征在于，还包括步骤S4：

S4：熔积成形时，在成形质量达不到产品要求的情况下，采用轧辊随着熔融软化区域同步移动，对该区域的上表面、侧表面或同时对上表面和侧表面执行塑性成形加工，以提高零件或模具的冶金质量、力学性能、尺寸精度以及表面精度。

6.如权利要求5所述的一种零件与模具的熔积成形加工制造方法，其特征在于，还包括步骤S5：

S5：熔积成形时，在成形工件尺寸精度和表面精度达不到产品要求的情况下，逐层或多层分段采用铣削、研磨或/和抛光方式对待成形工件进行精整加工，直至达到待成形工件的尺寸精度要求和表面精度要求。