CN106702372B - 一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法，该方法包括如下步骤：(a)外加拘束结构的设计；(b)准备钛合金粉末；(c)激光选区熔化成形防护罩产品；(d)去应力退火；(e)线切割取下产品并去除外加拘束结构。本发明通过外加拘束条件控制薄壁柔性构件的应力变形：由于产品呈薄壁柔性结构，直接成形容易产生翘曲变形，通过在保护罩开口部位添加外加拘束结构，提高了产品整体刚度，保证了成形质量。本发明去应力退火处理，采用优化的热处理制度对带外加拘束结构的成形件进行去应力处理，消除残余应力后通过线切割去除外加拘束结构，保证产品尺寸精度。

Description

一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法
技术领域
本发明属于激光选区熔化成形技术领域，涉及一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法。
背景技术
激光选区熔化成形(Selective Laser Melting，简称SLM)技术属于激光增材制造领域，采用高能激光熔化处于松散状态的粉末薄层，通过逐层铺粉、逐层熔凝堆积的方式，成形出高致密度的三维零件。
钛合金非对称防护罩一般作为航空航天飞行器中元器件的保护装置，呈半开敞薄壁柔性结构，壁厚一般为1～2mm。由于产品整体刚度较差，在SLM成形过程中，构件经历高频次复杂热循环，产生复杂的应力，容易发生翘曲变形，控制不当甚至会产生裂纹、坍塌等问题。
发明内容
本发明提供一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法，其能够保证激光选区熔化成形钛合金非对称防护罩的精度及质量。
实现本发明目的的技术方案：一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法，所述的钛合金非对称防护罩呈半敞开薄壁柔性结构，壁厚为1～2mm，该方法包括如下步骤：
(a)外加拘束结构的设计
通过三维实体建模软件在防护罩开口部位设计外加拘束结构，以保证防护罩具有足够的刚度，外加拘束结构壁厚0.8～1mm；
(b)准备钛合金粉末
通过筛粉机对钛合金粉末进行筛分，保证粉末粒度为-400目；
将筛分后的钛合金粉末放入烘干箱中，去除粉末中吸附的水分，烘粉温度设置为80～100℃，烘粉时间为2～3h；
将钛合金粉末填入激光选区熔化成形装置的送粉腔；
(c)激光选区熔化成形防护罩产品
对激光选区熔化成形装置的成型腔预热，预热温度至80～120℃；
钛合金粉末从送粉腔进入成型腔，激光选区熔化成形防护罩产品，工艺参数为激光功率为280～320W，扫描速度为800～1200mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，轮廓功率为200～240W，轮廓扫描速度为1200～1500mm/s；
(d)去应力退火
从激光选区熔化成形装置上取下带基板的防护罩成形件；将带外加拘束结构的防护罩产品进行去应力退火处理，炉冷；
(e)线切割取下产品并去除外加拘束结构
通过线切割将产品从基板上取下，将带外加拘束结构的防护罩产品通过线切割去除外加拘束结构，得到防护罩产品。
如上所述的一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法，其步骤(d)所述的去应力退火处理的工艺参数为500～650℃下保温60～120min。
本发明的效果在于：采用本发明的钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法，实现了钛合金非对称防护罩的SLM成形。本发明通过外加拘束条件控制薄壁柔性构件的应力变形：由于产品呈薄壁柔性结构，直接成形容易产生翘曲变形，通过在保护罩开口部位添加外加拘束结构，提高了产品整体刚度，保证了成形质量。本发明去应力退火处理，采用优化的热处理制度对带外加拘束结构的成形件进行去应力处理，消除残余应力后通过线切割去除外加拘束结构，保证产品尺寸精度。对成型腔预热减小了成形过程中的温度梯度及其带来的应力累积，保证产品的成形质量及精度。
附图说明
图1为本发明所述的钛合金非对称防护罩正视图；
图2为本发明所述的钛合金非对称防护罩俯视图；
图中：1.防护罩；2.外加拘束结构。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法作进一步详细说明。
实施例1
本发明所述的一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法，所述的钛合金非对称防护罩呈半敞开薄壁柔性结构，壁厚为2mm，该方法包括如下步骤：
(a)外加拘束结构的设计
通过三维实体建模软件在防护罩1开口部位设计外加拘束结构2，以保证防护罩1具有足够的刚度，外加拘束结构壁厚0.9mm；
(b)准备钛合金粉末
通过筛粉机对钛合金粉末进行筛分，保证粉末粒度为-400目；
将筛分后的钛合金粉末放入烘干箱中，去除粉末中吸附的水分，烘粉温度设置为90℃，烘粉时间为2h；
将钛合金粉末填入激光选区熔化成形装置的送粉腔；
(c)激光选区熔化成形防护罩产品
对激光选区熔化成形装置的成型腔预热，预热温度至100℃；
钛合金粉末从送粉腔进入成型腔，激光选区熔化成形防护罩产品，工艺参数为激光功率为300W，扫描速度为1000mm/s，扫描间距为0.07mm，轮廓功率为220W，轮廓扫描速度为1400mm/s；
(d)去应力退火
从激光选区熔化成形装置上取下带基板的防护罩成形件；将带外加拘束结构2的防护罩产品进行去应力退火处理，工艺参数为600℃下保温90min，炉冷；
(e)线切割取下产品并去除外加拘束结构
通过线切割将产品从基板上取下，将带外加拘束结构2的防护罩产品通过线切割去除外加拘束结构2，得到防护罩产品。
实施例2
本发明所述的一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法，所述的钛合金非对称防护罩呈半敞开薄壁柔性结构，壁厚为1mm，该方法包括如下步骤：
(a)外加拘束结构的设计
通过三维实体建模软件在防护罩1开口部位设计外加拘束结构2，以保证防护罩1具有足够的刚度，外加拘束结构壁厚0.8mm；
(b)准备钛合金粉末
通过筛粉机对钛合金粉末进行筛分，保证粉末粒度为-400目；
将筛分后的钛合金粉末放入烘干箱中，去除粉末中吸附的水分，烘粉温度设置为80℃，烘粉时间为3h；
将钛合金粉末填入激光选区熔化成形装置的送粉腔；
(c)激光选区熔化成形防护罩产品
对激光选区熔化成形装置的成型腔预热，预热温度至80℃；钛合金粉末从送粉腔进入成型腔，激光选区熔化成形防护罩产品，工艺参数为激光功率为280W，扫描速度为800mm/s，扫描间距为0.06mm，轮廓功率为200W，轮廓扫描速度为1200mm/s；
(d)去应力退火
从激光选区熔化成形装置上取下带基板的防护罩成形件；将带外加拘束结构2的防护罩产品进行去应力退火处理，工艺参数为500℃下保温120min，炉冷；
(e)线切割取下产品并去除外加拘束结构
通过线切割将产品从基板上取下，将带外加拘束结构2的防护罩产品通过线切割去除外加拘束结构2，得到防护罩产品。
实施例3
本发明所述的一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法，所述的钛合金非对称防护罩呈半敞开薄壁柔性结构，壁厚为2mm，该方法包括如下步骤：
(a)外加拘束结构的设计
通过三维实体建模软件在防护罩1开口部位设计外加拘束结构2，以保证防护罩1具有足够的刚度，外加拘束结构壁厚1mm；
(b)准备钛合金粉末
通过筛粉机对钛合金粉末进行筛分，保证粉末粒度为-400目；
将筛分后的钛合金粉末放入烘干箱中，去除粉末中吸附的水分，烘粉温度设置为100℃，烘粉时间为2h；
将钛合金粉末填入激光选区熔化成形装置的送粉腔；
(c)激光选区熔化成形防护罩产品
对激光选区熔化成形装置的成型腔预热，预热温度至120℃；
钛合金粉末从送粉腔进入成型腔，激光选区熔化成形防护罩产品，工艺参数为激光功率为320W，扫描速度为1200mm/s，扫描间距为0.08mm，轮廓功率为240W，轮廓扫描速度为1500mm/s；
(d)去应力退火
从激光选区熔化成形装置上取下带基板的防护罩成形件；将带外加拘束结构2的防护罩产品进行去应力退火处理，工艺参数为650℃下保温60min，炉冷；
(e)线切割取下产品并去除外加拘束结构
通过线切割将产品从基板上取下，将带外加拘束结构2的防护罩产品通过线切割去除外加拘束结构2，得到防护罩产品。

Claims (1)

1.一种钛合金非对称防护罩的激光选区熔化成形方法，所述的钛合金非对称防护罩呈半敞开薄壁柔性结构，壁厚为1～2mm，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(a)外加拘束结构的设计
通过三维实体建模软件在防护罩(1)开口部位设计外加拘束结构(2)，以保证防护罩(1)具有足够的刚度，外加拘束结构壁厚0.8～1mm；
(b)准备钛合金粉末
通过筛粉机对钛合金粉末进行筛分，保证粉末粒度为-400目；
将筛分后的钛合金粉末放入烘干箱中，去除粉末中吸附的水分，烘粉温度设置为80～100℃，烘粉时间为2～3h；
将钛合金粉末填入激光选区熔化成形装置的送粉腔；
(c)激光选区熔化成形防护罩产品
对激光选区熔化成形装置的成型腔预热，预热温度至80～120℃；
钛合金粉末从送粉腔进入成型腔，激光选区熔化成形防护罩产品，工艺参数为激光功率为280～320W，扫描速度为800～1200mm/s，扫描间距为0.06～0.08mm，轮廓功率为200～240W，轮廓扫描速度为1200～1500mm/s；
(d)去应力退火
从激光选区熔化成形装置上取下带基板的防护罩成形件；将带外加拘束结构(2)的防护罩产品进行去应力退火处理，炉冷；
所述的去应力退火处理的工艺参数为500～650℃下保温60～120min；
(e)线切割取下产品并去除外加拘束结构
通过线切割将产品从基板上取下，将带外加拘束结构(2)的防护罩产品通过线切割去除外加拘束结构(2)，得到防护罩产品。
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