CN108380872B - 一种提高电子束熔丝成形零件精度的成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高电子束熔丝成形零件精度的成形方法，本发明的方法针对结构分析，采用乱序法对成形面进行分区、分块；设置对应的成形参数、规划成形路径及成形道次间距；针对不同成形区，采用先包边、再填馅的成形方案；在成形过程中，更换成形起点/收点位置，消除热烧累积现象。路径规划尽量采用长路径堆积。本发明的成形方法通过合理的成形方案，成形后表面精度大幅提高，可由原单边余量>5mm提高至单边余量1~2mm；消除了烧塌、轮廓收缩现象；通过分区改善了成形的变形。

Description

一种提高电子束熔丝成形零件精度的成形方法
技术领域
本发明涉及一种用于复杂结构件电子束熔丝成形精度控制的成形方法，适用于薄壁、筋条类结构的成形，如加强框筋、叶片等结构，属于电子束熔丝成形技术领域。
背景技术
电子束熔丝成形技术为增材制造技术中的一种，是基于“离散-堆积”原理发展起来的一种高效率金属结构直接制造技术；其原理是将零件三维模型进行分层切片并规划出各层面加工路径，在真空环境中利用电子束将同步送进的金属丝材熔化，按照预先规划的路径逐层熔化沉积，直接制造出金属零件或近净成形的毛坯。由于电子束能量高，可同时熔化多通道送入的丝材，因此成形速度较快；目前，钛合金金成形速度最快可达18kg/h。该技术在飞机大型复杂金属结构的高效低成本制造方面具有广阔应用前景。
影响电子束熔丝成形技术精度主要体现在表面精度、烧塌、轮廓收缩、变形上，主要表现为：
由于成形速度较高，所以在成形过程中，表面精度势必要降低。因此，为满足尺寸要求，就务必要增加其单边余量，造成加工周期增长、原料消耗增多；
由于在真空环境中成形，零件散热较差，基体温度较高，在成形过程中易出现薄壁结构烧塌、轮廓收缩等现象。
对于复杂结构，由于电子束能量较高，在成形起、收点停留时间相对长；多次堆积后，容易在起收点位置造成过烧、烧塌现象。
由于电子束快速成形过程是一个在运动点热源线性扫描作用下、以熔丝堆积为特点的动态非均匀熔化/凝固过程，电子束扫描过程中制件局部温度梯度非常大，由此产生的热应力十分显著，极易产生变形。而变形问题是影响成形精度的重要因素之一。
发明内容
为了解决上述技术问题，提出了一种提高电子束熔丝成形零件精度的成形方法，以控制零件变形、改善成形质量、提高成形速度、降低原材料消耗等。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下方案实现：
一种提高电子束熔丝成形零件精度的成形方法，其特征在于，所述的成形方法如下：
（1）根据零件毛坯的模型图，将零件分割成10个区，将10个乱序排序，编号为1~10区；
（2）设置低功率液桥成形法参数和高功率液滴过度成形法参数；
（3）分区规划相应的成形路径，相邻两区成形路径相互垂直，采用隔行堆积、单向直线填充的填充方式成形；成形道次间距设置为7mm；确定成形路径起始点位置，不同层次的起始点和终点位置不同；
（4）针对分区，采用低功率液桥法进行内、外轮廓成形；采用高功率液滴过渡及长路径法进行填馅；
（5）针对不同分区，按事先排好的次序及成形路径，以步骤（4）的方式依次完成十个分区的成形，然后进行下一层堆积；
（6）完成一层堆积后，重复步骤（1）~（5），完成第二层堆积；第二层与上一层分区不同，成形起始位置不同；
（7）完成第二层堆积后，按第一层程序完成下一层，进而交替完成零件成形。
在一个优选的技术方案中，所述的低功率参数为：束流：20~50mA、送丝速度5~20mm·s-1、运动速度5~15 mm·s-1。
在一个优选的技术方案中，所述的高功率参数为：束流：90~150mA、送丝速度20~50mm·s-1、运动速度15~30 mm·s-1。
本发明的成形方法通过合理的成形方案，成形后表面精度大幅提高，可由原单边余量>5mm提高至单边余量1~2mm；消除了烧塌、轮廓收缩现象；通过分区改善了成形的变形。
附图说明
图1为电子束熔丝成形零件的成形方法的路径规划示意图；
图2为电子束熔丝成形零件的成形方法的液桥法成形方法示意图；
图3为电子束熔丝成形零件的成形方法的液滴法成形方法示意图；
图4为电子束熔丝成形零件的成形方法的填充方法示意图；
图中：1-单丝外轮廓包边、2-单丝内轮廓包边、3-双丝填充、4-成形分区、5-成形起点一、6-换层成形起点二、7-单向直线填充、8-双向直线填充。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的提高电子束熔丝成形零件精度的成形方法作进一步阐述，但本发明的保护内容并不限于以下实施例。
本发明的提高电子束熔丝成形零件精度的成形方法如下：
（1）根据零件毛坯的模型图，将零件分割成10个区，将10个乱序排序，编号为1~10区；参见图1所示；
（2）设置低功率液桥成形法参数和高功率液滴过度成形法参数；参见图2和图3所示，其中图2为电子束熔丝成形零件的成形方法的液桥法成形方法示意图；图3为电子束熔丝成形零件的成形方法的液滴法成形方法示意图；
（3）分区规划相应的成形路径，相邻两区成形路径相互垂直，采用隔行堆积、单向直线填充的填充方式成形；成形道次间距设置为7mm；确定成形路径起始点位置，不同层次的起始点和终点位置不同；
（4）针对分区，采用低功率液桥法进行内、外轮廓成形；采用高功率液滴过渡及长路径法进行填馅；
（5）针对不同分区，按事先排好的次序及成形路径，以步骤（4）的方式依次完成十个分区的成形，然后进行下一层堆积；
（6）完成一层堆积后，重复步骤（1）~（5），完成第二层堆积；第二层与上一层分区不同，成形起始位置不同；
（7）完成第二层堆积后，按第一层程序完成下一层，进而交替完成零件成形。
本发明的有益效果如下：
1. 采用低功率液桥法进行轮廓包边，高功率液滴过渡法及长路径法进行填馅，以提高表面精度及减少热积累效应；（低功率：束流：20~50mA、送丝速度5~20mm·s-1 、运动速度5~15 mm·s-1；高功率：束流：90~150mA、送丝速度20~50mm·s-1 、运动速度15~30 mm·s-1。）
2. 采用单层乱序式分区法、隔行单向直线填充法及3-9mm的道次间距进行成形，以尽量减小残余应力及成形缺陷；
3. 采用隔层改变成形起点、收点位置的方法，防止过烧或烧塌现象，提高成形精度。
本发明采用的技术方案是：
1.针对结构分析，采用乱序法对成形面进行分区、分块；
2.设置对应的成形参数、规划成形路径及成形道次间距；
3.针对不同成形区，采用先包边、再填馅的成形方案；
4.并在成形过程中，更换成形起点/收点位置，消除热烧累积现象。
5.路径规划尽量采用长路径堆积。
本发明的成形方法通过合理的成形方案，成形后表面精度大幅提高，可由原单边余量>5mm提高至单边余量1~2mm；消除了烧塌、轮廓收缩现象；通过分区改善了成形的变形。

Claims (1)

1.一种提高电子束熔丝成形零件精度的成形方法，其特征在于，所述的成形方法如下：
（1）根据零件毛坯的模型图，将零件每层分割成10个区，将10个乱序排序，编号为1~10区；
（2）设置低功率液桥成形法参数和高功率液滴过渡成形法参数，所述的低功率液桥成形法参数为：束流20~50mA、送丝速度5~20mm·s-1和运动速度5~15 mm·s-1，所述的高功率液滴过渡成形法参数为：束流90~150mA、送丝速度20~50mm·s-1和运动速度15~30 mm·s-1；
（3）分区规划相应的成形路径，相邻两区成形路径相互垂直，采用隔行堆积、单向直线填充的填充方式成形；成形道次间距设置为7mm；确定成形路径起始点位置，不同层次的起始点和终点位置不同；
（4）针对分区，采用低功率液桥成形法进行内轮廓和外轮廓成形；采用高功率液滴过渡成形法及长路径法进行填馅；
（5）针对不同分区，按事先排好的次序及成形路径，以步骤（4）的方式依次完成十个分区的成形，然后进行下一层堆积；
（6）完成一层堆积后，重复步骤（1）~（5），完成下一层堆积；下一层与上一层分区不同，成形起始位置不同；
（7）完成下一层堆积后，按第一层程序完成再下一层，进而交替完成零件成形。
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