CN107385431A - 一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法 - Google Patents

一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107385431A
CN107385431A CN201710391653.0A CN201710391653A CN107385431A CN 107385431 A CN107385431 A CN 107385431A CN 201710391653 A CN201710391653 A CN 201710391653A CN 107385431 A CN107385431 A CN 107385431A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser beam
metal parts
cladding
impact
support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710391653.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107385431B (zh
Inventor
张永康
于秋云
杨丰槐
杨青天
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201710391653.0A priority Critical patent/CN107385431B/zh
Publication of CN107385431A publication Critical patent/CN107385431A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107385431B publication Critical patent/CN107385431B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
    • C21D10/005—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation by laser shock processing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

本发明涉及一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法，方法基于待加工零件尺寸较大处，连续激光熔覆一个分支结构，分支结构作为基层熔覆成形待成形零件的中间面熔覆成形基底，以基底为支撑，连续激光束对金属粉末进行双向熔覆成形，此时在线检测系统和实时跟踪反馈，控制系统作用，调节短脉冲激光器相关参数，同时对熔覆区材料进行同步激光冲击锻打，去除熔覆层内部较大应力，并根据金属零件三维实体模型，进行激光熔覆和冲击锻打同步复合的约束成形，改善待成形金属零件内部质量、力学性能及机械性能。

Description

一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成 形方法
技术领域
本发明涉及增材制造的技术领域，尤其涉及到一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法。
背景技术
激光熔覆成形是基于激光熔覆技术发展起来的快速成形技术，其采用分层制造的思想，将待成形零件分层切片逐层熔覆沉积成形，成形过程中采用激光连续加载，并辅以一定的扫描速度，通过多道搭接，多层堆积方式熔覆成形零件。
现有的激光熔覆成形技术存在以下问题：成形零件一般在工作台上放置一底板作为支撑，待成形完毕后再将该底板切除下来，切割面一般较大，加工工作量较大，且影响成形零件的底面质量。
激光熔覆过程的实质是高能激光束辐照使金属粉末与基材相互作用，粉末和基材快速熔化，快速冷却的过程，作用时间很短，远离平衡态，过热度和过冷度远大于常规热处理，可以使材料在激光辐照区形成晶粒高度细化的组织结构和较小的变形。
激光熔覆过程中存在以下问题：以基体熔覆成形的金属零件，受熔覆材料与基体材料的热物性差异以及成形工艺等因素的影响，容易在成形件中形成裂纹，气孔，夹杂和层间结合不良等缺陷。
目前，现有激光熔覆成形工艺实质是“自由成形”工艺，存在以下问题：(1)工艺参数、外部环境、熔池熔体状态的波动及变化、扫描填充轨迹的变换等，都可能在零件内部局部区域产生各种特殊的内部冶金缺陷，并影响最终成形零件的内部质量、力学性能及构件的服役使用安全。(2)熔覆成形金属材料所呈现出的组织特征与常见的铸态、锻态、焊态金属存在着一定的差异。这种组织特征在很多情况下对金属材料而言是不利的。
中国专利CN105108144A一种无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法，该发明的特殊之处在于，间歇式光熔覆成形纤细状的分支结构，并以此为基体熔覆成形待成形零件的最底层，然后再将此作为新的基体，自由成形获得所需零件，成形完毕后沿分支结构与成形零件结合的位置处切割，分离成形零件。其存在如下问题：(1)该方法是通过两次激光熔覆成形形成基体，然后以基体为支撑进行金属零件的激光熔覆成形，加工效率低。(2)该方法采用自由成形方法激光熔覆金属零件，会造成零件内部存在较大应力等缺陷，从而降低成形零件的内部质量，力学性能等。(3)待金属零件成形完毕后再其将切除下来，切割面一般较大，加工工作量较大，且影响成形零件的底面质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能解决因自由成形等因素造成的金属零件内部出现裂纹、气孔、夹杂和层间结合不良等缺陷、提高成形零件的内部质量、力学性能及机械性能的无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于待加工零件尺寸较大处，连续激光束熔覆成形纤细状的分支结构，成形后纤细状的分支结构作为基层熔覆成形待成形零件的中间面，根据成形零件的三维实体轮廓模型，朝中间层的两个方向进行熔覆成形，同时，短脉冲激光束进行同步冲击锻打。熔覆锻打过程无需模具，毛坯等基体，也无需夹具等支撑件。
进一步地，连续激光束和短脉冲激光束互相耦合；短脉冲激光束锻打参数分别由在线监测系统和实时跟踪反馈系统进行监测与控制，根据熔覆区材料厚度和面积来确定脉冲激光的脉冲宽度、锻打频率和光斑大小；反过来，短脉冲激光束冲击锻打参数的选择又约束着连续激光束熔覆速度与送粉速率的选择，形成闭环耦合控制，以确保整个熔覆层深度材料获得充分锻打透彻。
进一步地，短脉冲激光束自由移动于金属零件两侧，使连续激光束和短脉冲激光束即可同侧配合工作，亦可两侧配合工作；同侧时的分布方式：连续激光束在前，中间是在线监测系统等辅助系统，之后是短脉冲激光束。根据熔覆成形金属零件温度场的分布交融、激光束加工参数等确定三者之间的距离。
进一步地，具体的熔覆锻打步骤如下：
S1.根据金属零件三维实体模型，确定其结构尺寸较大处，并在底座上确定相应位置作为分支结构熔覆成形的基点；
S2.在基点处，沿基座的竖直方向加载连续激光束，熔覆成形纤细状分支结构；
S3.根据金属零件三维实体模型，对其分层切片，获取每一层的成形路径；调整连续激光束方向及激光束参数,纤细状分支结构作为金属零件熔覆成形的中间面；
S4.激光熔覆成形基底；
S5.同时在线检测系统及实时跟踪反馈控制系统作用，先后调节短脉冲激光束和连续激光束的参数，记录保存数据，并进行误差分析；
S6.与此同时，短脉冲激光束进行同步冲击锻打；连续激光束和短脉冲激光束同时同步配合工作；
S7.分析成形的表面及性能是否达到要求，若达到要求，则进入步骤S8，若不达到要求，则同时先后调节连续激光束和短脉冲激光束的参数，记录保存数据，并进行误差分析，重复步骤S4、S5、S6、S7；
S8.调整连续激光加载方向及激光束参数，以成形基底为支撑，激光熔覆金属零件第一层切片；
S9.对激光熔覆金属零件成形的第一层切片，重复步骤S5、S6、S7；
S10.根据金属零件三维实体模型，以激光熔覆成形的第一层切片为新的基底，并作为第二层切片的支撑，激光熔覆成形金属零件的第二层切片，同时重复步骤S5、S6、S7；
S11.上一层切片成为新的基底，作为下一层切片的支撑，如此类推地激光熔覆冲击锻打，直到最终获得成形金属零件；
S12.分析整体成形金属零件的表面及性能是否达到相关要求，若达到要求，则激光熔覆冲击锻打约束成形结束，若不达到要求，则返回步骤S11，直至获得达到要求的成形金属零件。
与现有技术相比，本方案的原理以及相应的有益效果如下：
本方案基于待加工零件尺寸较大处，连续激光熔覆一个分支结构，分支结构作为基层熔覆成形待成形零件的中间面熔覆成形基底，以基底为支撑，连续激光束对金属粉末进行双向熔覆成形，此时在线检测系统和实时跟踪反馈，控制系统作用，调节短脉冲激光器相关参数，同时对熔覆区材料进行同步激光冲击锻打，去除熔覆层内部较大应力，并根据金属零件三维实体模型，进行激光熔覆和冲击锻打同步复合的约束成形，改善待成形金属零件内部质量、力学性能及机械性能。
附图说明
图1为本发明实施例的工作流程图；
图2为本发明实施例中纤细状分支结构的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
参见附图1所示，本实施例所述的一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法，步骤如下：
S1.根据金属零件三维实体模型，确定其结构尺寸较大处，并在底座上确定相应位置作为分支结构熔覆成形的基点；
S2.在基点处，沿基座的竖直方向加载连续激光束，熔覆成形纤细状分支结构；
S3.根据金属零件三维实体模型，对其分层切片，获取每一层的成形路径；调整连续激光束方向及激光束参数,纤细状分支结构作为金属零件熔覆成形的中间面；
S4.激光熔覆成形基底，如图2所示(a为基底，b为纤细状分支结构，c为中间层)；
S5.同时在线检测系统及实时跟踪反馈控制系统作用，先后调节短脉冲激光束和连续激光束的参数，记录保存数据，并进行误差分析；
S6.与此同时，短脉冲激光束进行同步冲击锻打；连续激光束和短脉冲激光束同时同步配合工作；
S7.分析成形的表面及性能是否达到要求，若达到要求，则进入步骤S8，若不达到要求，则同时先后调节连续激光束和短脉冲激光束的参数，记录保存数据，并进行误差分析，重复步骤S4、S5、S6、S7；
S8.调整连续激光加载方向及激光束参数，以成形基底为支撑，激光熔覆金属零件第一层切片；
S9.对激光熔覆金属零件成形的第一层切片，重复步骤S5、S6、S7；
S10.根据金属零件三维实体模型，以激光熔覆成形的第一层切片为新的基底，并作为第二层切片的支撑，激光熔覆成形金属零件的第二层切片，同时重复步骤S5、S6、S7；
S11.上一层切片成为新的基底，作为下一层切片的支撑，如此类推地激光熔覆冲击锻打，直到最终获得成形金属零件；
S12.分析整体成形金属零件的表面及性能是否达到相关要求，若达到要求，则激光熔覆冲击锻打约束成形结束，若不达到要求，则返回步骤S11，直至获得达到要求的成形金属零件。
本实施例基于待加工零件尺寸较大处，连续激光熔覆一个分支结构，分支结构作为基层熔覆成形待成形零件的中间面熔覆成形基底，以基底为支撑，连续激光束对金属粉末进行双向熔覆成形，此时在线检测系统和实时跟踪反馈，控制系统作用，调节短脉冲激光器相关参数，同时对熔覆区材料进行同步激光冲击锻打，去除熔覆层内部较大应力，并根据金属零件三维实体模型，进行激光熔覆和冲击锻打同步复合的约束成形，改善待成形金属零件内部质量、力学性能及机械性能。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法，其特征在于：基于待加工零件尺寸较大处，连续激光束熔覆成形纤细状的分支结构，成形后纤细状的分支结构作为基层熔覆成形待成形零件的中间面，根据成形零件的三维实体轮廓模型，朝中间层的两个方向进行熔覆成形，同时，短脉冲激光束利用冲击波力学效应进行同步冲击锻打。
2.根据权利要求1所述的一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法，其特征在于：连续激光束和短脉冲激光束互相耦合；短脉冲激光束锻打参数分别由在线监测系统和实时跟踪反馈系统进行监测与控制，根据熔覆区材料厚度和面积来确定脉冲激光的脉冲宽度、锻打频率和光斑大小；反过来，短脉冲激光束冲击锻打参数的选择又约束着连续激光束熔覆速度与送粉速率的选择，形成闭环耦合控制，以确保整个熔覆层深度材料获得充分锻打透彻。
3.根据权利要求1所述的一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法，其特征在于：短脉冲激光束自由移动于金属零件两侧，使连续激光束和短脉冲激光束即可同侧配合工作，亦可两侧配合工作。
4.根据权利要求1所述的一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法，其特征在于：具体步骤如下：
S1.根据金属零件三维实体模型，确定其结构尺寸较大处，并在底座上确定相应位置作为分支结构熔覆成形的基点；
S2.在基点处，沿基座的竖直方向加载连续激光束，熔覆成形纤细状分支结构；
S3.根据金属零件三维实体模型，对其分层切片，获取每一层的成形路径；调整连续激光束方向及激光束参数,纤细状分支结构作为金属零件熔覆成形的中间面；
S4.激光熔覆成形基底；
S5.同时在线检测系统及实时跟踪反馈控制系统作用，先后调节短脉冲激光束和连续激光束的参数，记录保存数据，并进行误差分析；
S6.与此同时，短脉冲激光束进行同步冲击锻打；连续激光束和短脉冲激光束同时同步配合工作；
S7.分析成形的表面及性能是否达到要求，若达到要求，则进入步骤S8，若不达到要求，则同时先后调节连续激光束和短脉冲激光束的参数，记录保存数据，并进行误差分析，重复步骤S4、S5、S6、S7；
S8.调整连续激光加载方向及激光束参数，以成形基底为支撑，激光熔覆金属零件第一层切片；
S9.对激光熔覆金属零件成形的第一层切片，重复步骤S5、S6、S7；
S10.根据金属零件三维实体模型，以激光熔覆成形的第一层切片为新的基底，并作为第二层切片的支撑，激光熔覆成形金属零件的第二层切片，同时重复步骤S5、S6、S7；
S11.上一层切片成为新的基底，作为下一层切片的支撑，如此类推地激光熔覆冲击锻打，直到最终获得成形金属零件；
S12.分析整体成形金属零件的表面及性能是否达到相关要求，若达到要求，则激光熔覆冲击锻打约束成形结束，若不达到要求，则返回步骤S11，直至获得达到要求的成形金属零件。
CN201710391653.0A 2017-05-27 2017-05-27 一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法 Active CN107385431B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710391653.0A CN107385431B (zh) 2017-05-27 2017-05-27 一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710391653.0A CN107385431B (zh) 2017-05-27 2017-05-27 一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107385431A true CN107385431A (zh) 2017-11-24
CN107385431B CN107385431B (zh) 2020-02-07

Family

ID=60338444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710391653.0A Active CN107385431B (zh) 2017-05-27 2017-05-27 一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107385431B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109207910A (zh) * 2018-10-25 2019-01-15 广东工业大学 一种基于激光冲击的渗碳方法
CN109513928A (zh) * 2018-12-29 2019-03-26 广东汉邦激光科技有限公司 激光熔化成形方法及3d打印装置
CN109834388A (zh) * 2019-01-16 2019-06-04 广东镭奔激光科技有限公司 低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1737197A (zh) * 2005-09-01 2006-02-22 上海交通大学 激光熔覆成形金属零件的裂纹控制方法
CN101392382A (zh) * 2008-10-15 2009-03-25 江苏大学 一种激光熔覆结合激光喷丸强化表面改性的方法和装置
CN101885063A (zh) * 2010-08-09 2010-11-17 东莞理工学院 激光熔覆成型设备及一种金属零件的激光熔覆成型方法
US20120217226A1 (en) * 2009-10-31 2012-08-30 Mtu Aero Engines Gmbh Method and device for producing a component of a turbomachine
CN105108144A (zh) * 2015-09-28 2015-12-02 苏州大学 一种无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1737197A (zh) * 2005-09-01 2006-02-22 上海交通大学 激光熔覆成形金属零件的裂纹控制方法
CN101392382A (zh) * 2008-10-15 2009-03-25 江苏大学 一种激光熔覆结合激光喷丸强化表面改性的方法和装置
US20120217226A1 (en) * 2009-10-31 2012-08-30 Mtu Aero Engines Gmbh Method and device for producing a component of a turbomachine
CN101885063A (zh) * 2010-08-09 2010-11-17 东莞理工学院 激光熔覆成型设备及一种金属零件的激光熔覆成型方法
CN105108144A (zh) * 2015-09-28 2015-12-02 苏州大学 一种无基体无支撑金属零件激光熔覆自由成形方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109207910A (zh) * 2018-10-25 2019-01-15 广东工业大学 一种基于激光冲击的渗碳方法
CN109513928A (zh) * 2018-12-29 2019-03-26 广东汉邦激光科技有限公司 激光熔化成形方法及3d打印装置
CN109834388A (zh) * 2019-01-16 2019-06-04 广东镭奔激光科技有限公司 低应力微变形锻态组织的激光锻造复合焊接方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107385431B (zh) 2020-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10682716B2 (en) Method for rapidly forming a part using combination of arc deposition and laser shock forging and device implementing same
CN107262713A (zh) 一种光内同轴送粉激光冲击锻打复合加工成形装置及方法
US11833615B2 (en) Method for preparing multiple-material variable-rigidity component by efficient collaborative additive manufacturing
CN108248011B (zh) 一种激光冲击锻打与激光切割复合增材制造装置及方法
CN109746441A (zh) 一种激光冲击强化辅助的激光增材制造复合加工方法
EP1549454B1 (en) Multi-layer dmd process with part-geometry independant real time closed loop weld pool temperature control system
CN101607311B (zh) 一种三束激光复合扫描金属粉末熔化快速成形方法
CN106735967B (zh) 一种超声振动辅助电弧增材制造控形控性的方法
CN107217253B (zh) 一种光-粉-气同轴输送激光熔覆冲击锻打成形复合制造方法
CN107385431A (zh) 一种无基体无支撑去应力金属零件激光熔覆冲击锻打约束成形方法
CN107283059B (zh) 一种电弧熔积激光冲击锻打增材制造方法和装置
CN104923784B (zh) 一种提高激光变斑直接成形不等宽构件精度的方法
CN108746616A (zh) 一种同轴送粉与激光锻打复合增减材制造方法及装置
CN104525944A (zh) 一种金属材料高能束-超声复合增材制造方法
JP2020514525A (ja) 部品及び金型に適用されるハイブリッド付加製造方法
CN107378250B (zh) 基于ccd监控的大尺寸零件激光熔覆冲击锻打复合成形方法
CN203807559U (zh) 一种金属零件的激光增材制造设备
CN110434332A (zh) 一种金属增材制造的在线热处理工艺
CN205927519U (zh) 一种消除激光熔化成形制品残余应力的激光冲击装置
CN107520449A (zh) 一种模具熔积成形激光冲击锻打复合增材制造方法及其装置
CN108405860A (zh) 一种双光束增材制造方法及设备
CN109482874A (zh) 基于图像监测控制激光增材中凝固组织形态的方法及系统
CN106541136A (zh) 一种可调节光斑能量分布的激光直接沉积成形系统及方法
CN109226755A (zh) 提高增材构件沉积层间结合强度的增材制造装置和方法
US20240246149A1 (en) Method for processing a part using a forming device by laser melting

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant