CN109277567A - 一种异形深腔薄壁舱体的激光近净成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料激光增材制造技术领域，具体涉及一种异形深腔薄壁舱体的激光近净成形方法。该方法包括拆分舱体结构模型、按照深腔方向确定各部件的成形方向，以及激光近净成形加工等步骤。本发明优化了直接进行单方向激光近净成形的工艺，将异形深腔薄壁舱体分割为两个部分，采用分段送粉成形、组合制造的方式，能获得近净成形毛坯件，只需要保留较少的余量添加，能够直接成形复杂异形深腔结构件，机加工量大大减少，可以有效简化生产工艺，缩短生产周期，降低生产成本，提高材料利用率至90％以上。本发明的成形效率高，成形件的内部质量可控，极大地促进产品的研制和试验。

Description

一种异形深腔薄壁舱体的激光近净成形方法
技术领域
本发明属于金属材料激光增材制造技术领域，具体涉及一种异形深腔薄壁舱体的激光近净成形方法。
背景技术
对于某些由高温合金等材料制备的异形深腔薄壁舱体，具有异形-深腔-薄壁类结构，该结构较为复杂。采用传统的钣金-焊接的工艺，加工工艺难度大且工序繁杂，变形风险高，后续加工量大，由此造成材料和时间的浪费。其中，现有机加工方法，对于高温合金的加工难度大，成形效率低，材料利用率仅为15～20％。而铸造和焊接方法会导致裂纹敏感性高，内部质量可控性差。采用激光送粉成形技术，可以实现舱体的近净成形，但是在成形工艺上，如果选择单方向直接送粉成形，则需要将舱体底部数量较多、形状较复杂的深腔进行填实，在舱体成形后再对这些深腔进行机加工，由此造成后续机加工的工作量大、加工难度高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种异形深腔薄壁舱体的激光近净成形方法，以解决如何改善异形深腔零件钣金拼焊制造加工工艺难度大且工序繁杂，变形风险高的技术问题，提高生产效率。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种异形深腔薄壁舱体的激光近净成形方法，该激光近净成形方法包括如下步骤：
S1、拆分舱体结构模型：根据舱体的结构特点，将舱体结构拆分为第一部件与第二部件，两个相邻部件之间具有对应的分割面；其中，舱体的异形深腔集中在第一部件中，第一部件具有位置相对的舱体下端面与分割面，第二部件具有位置相对的分割面与舱体上端面；
S2、按照深腔方向确定各部件的成形方法：以第一部件的分割面作为成形起始面，逐层成形至第一部件的舱体下端面，从而成形第一部件；将第一部件翻转一定角度，露出第一部件的分割面，将第一部件作为第二部件的成形基材，以第一部件的分割面作为第二部件的成形起始面，逐层成形至第二部件的舱体上端面，从而成形第二部件；
S3、激光近净成形加工：根据第一部件和第二部件2的成形顺序和成形方法，确定第一部件和第二部件的摆放位置，对第一部件和第二部件的三维模型进行切片分层处理；将切片分层处理信息导入激光近净成形设备，设定激光近净成形工艺参数，依次成形第一部件和第二部件，从而成形出完整的异形深腔薄壁舱体。
进一步地，在步骤S1中，将舱体结构拆分为第一部件与多个第二部件。
进一步地，多个第二部件具有不同的内部结构。
进一步地，在步骤S2中，通过将第一部件翻转180°，露出第一部件的分割面。
进一步地，在步骤S2和S3之间，增加确定加工余量的步骤，分别根据第一部件和第二部件的结构特点预留加工余量。
进一步地，在步骤S3之后，增加毛坯件表面精加工步骤，在舱体毛坯件成形后，对毛坯件的预留加工余量表面进行打磨抛光以完成精加工，得到最终的异形深腔薄壁舱体。
进一步地，激光近净成形方法采用同步送粉激光熔覆。
进一步地，激光近净成形方法采用金属粉末进行加工。
进一步地，金属粉末为高温合金粉末。
进一步地，异形深腔薄壁舱体具有月牙形状。
(三)有益效果
本发明提出的异形深腔薄壁舱体的激光近净成形方法，该方法包括拆分舱体结构模型、按照深腔方向确定各部件的成形方向，以及激光近净成形加工等步骤。本发明进一步优化了直接进行单方向激光近净成形的工艺，将异形深腔薄壁舱体分割为两个部分，采用分段送粉成形、组合制造的方式，能获得近净成形毛坯件，只需要保留较少的余量添加，能够直接成形复杂异形深腔结构件，机加工量大大减少，可以有效简化生产工艺，缩短生产周期，降低生产成本，提高材料利用率至90％以上。本发明的成形效率高，成形件的内部质量可控，极大地促进产品的研制和试验。
附图说明
图1为本发明实施例中激光近净成形方法针对的舱体模型；
图2为本发明实施例中舱体模型拆分后的部件1模型；
图3为本发明实施例中舱体模型拆分后的部件2模型；
图4为本发明实施例中部件1的激光近净成形方法示意图；
图5为本发明实施例中部件2的激光近净成形方法示意图；
图6为本发明实施例中部件1和部件2的激光近净成形模型。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种具有月牙形状的异形深腔薄壁舱体的激光近净成形方法，其所要成形的舱体结构模型，如图1所示。该成形方法包括如下步骤：
S1、拆分舱体结构模型：根据舱体结构特点，将舱体结构以内腔作为分割面，分割为部件1(图2)与部件2(图3)。其中，舱体的异形深腔集中在部件1中。分割后，部件1具有位置相对的舱体下端面与分割面，部件2具有位置相对的分割面与舱体上端面。
S2、按照深腔方向确定各部件的成形方法：以部件1的分割面作为成形起始面，逐层成形至部件1的舱体下端面，从而成形部件1(如图4所示)；然后将部件1翻转180°，露出部件1的分割面，将部件1作为部件2的成形基材，以部件1的分割面作为部件2的成形起始面，逐层成形至部件2的上端面，从而成形部件2(如图5所示)。
S3、确定加工余量：对部件1中的异形深腔表面及内外形面添加适当加工余量；根据部件2的结构特点，考虑到中间方形窗口部分无法通过激光送粉直接成形，需对其进行部分封闭处理，结合送粉成形的工艺特点，将部件2的结构做出适当调整，对内腔的悬臂拉筋做倒斜角处理，并在内外表面预留变形量和机加工余量，如图5所示。
S4、激光近净成形加工：根据部件1和部件2的成形顺序和成形方法，在避免使用支撑的前提下，确定部件1和部件2的摆放位置，对已留有加工余量的部件1和部件2的三维CAD模型按一定的厚度进行切片分层处理，将部件的三维形状信息转化为一系列的二维轮廓信息。将切片分层处理信息导入激光近净成形设备，设定高温合金的送粉成形工艺参数，随后在数控系统的控制下，采用同步送粉激光熔覆的方法，依次成形部件1和部件2，从而成形出完整的异形深腔薄壁舱体毛坯件。
S5、毛坯件表面精加工：舱体毛坯件成形后，对毛坯件预留余量表面进行打磨抛光以完成精加工，得到最终的异形深腔薄壁舱体。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种异形深腔薄壁舱体的激光近净成形方法，其特征在于，所述激光近净成形方法包括如下步骤：
S1、拆分舱体结构模型：根据所述舱体的结构特点，将舱体结构拆分为第一部件与第二部件，两个相邻部件之间具有对应的分割面；其中，所述舱体的异形深腔集中在所述第一部件中，所述第一部件具有位置相对的舱体下端面与分割面，所述第二部件具有位置相对的分割面与舱体上端面；
S2、按照深腔方向确定各部件的成形方法：以所述第一部件的分割面作为成形起始面，逐层成形至所述第一部件的所述舱体下端面，从而成形所述第一部件；将所述第一部件翻转一定角度，露出所述第一部件的分割面，将所述第一部件作为所述第二部件的成形基材，以所述第一部件的分割面作为所述第二部件的成形起始面，逐层成形至所述第二部件的所述舱体上端面，从而成形所述第二部件；
S3、激光近净成形加工：根据所述第一部件和第二部件2的成形顺序和成形方法，确定所述第一部件和第二部件的摆放位置，对所述第一部件和第二部件的三维模型进行切片分层处理；将切片分层处理信息导入激光近净成形设备，设定激光近净成形工艺参数，依次成形所述第一部件和第二部件，从而成形出完整的异形深腔薄壁舱体。
2.如权利要求1所述的激光近净成形方法，其特征在于，在所述步骤S1中，将所述舱体结构拆分为第一部件与多个第二部件。
3.如权利要求2所述的激光近净成形方法，其特征在于，多个第二部件具有不同的内部结构。
4.如权利要求1所述的激光近净成形方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过将所述第一部件翻转180°，露出所述第一部件的分割面。
5.如权利要求1所述的激光近净成形方法，其特征在于，在所述步骤S2和S3之间，增加确定加工余量的步骤，分别根据所述第一部件和第二部件的结构特点预留加工余量。
6.如权利要求5所述的激光近净成形方法，其特征在于，在所述步骤S3之后，增加毛坯件表面精加工步骤，在舱体毛坯件成形后，对所述毛坯件的预留加工余量表面进行打磨抛光以完成精加工，得到最终的异形深腔薄壁舱体。
7.如权利要求1所述的激光近净成形方法，其特征在于，所述激光近净成形方法采用同步送粉激光熔覆。
8.如权利要求1所述的激光近净成形方法，其特征在于，所述激光近净成形方法采用金属粉末进行加工。
9.如权利要求8所述的激光近净成形方法，其特征在于，所述金属粉末为高温合金粉末。
10.如权利要求1所述的激光近净成形方法，其特征在于，所述异形深腔薄壁舱体具有月牙形状。
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