CN110625336A - 一种实现高精度基准传递的增减材复合制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异形复杂结构产品实现高精度基准传递的增减材复合制造方法，包括复杂结构产品的SLM增材成形、随形装卡模具的增材成形、产品与随形装卡模具进行整体装配、对装配体进行整体精加工。本发明中产品不需要附加加工工艺卡头，降低了结构对产品变形控制的难度，同时实现产品尺寸精度控制，消除厚大卡头对毛坯的尺寸精度和变形影响；其次，以产品断面作为不同工序间的共同基准，实现了增材过程与机械加工的基准一致，免去人工划线，使定位基准的制定不受人的主观因素影响，提高产品尺寸传递的一致性，实现增材‑减材工序流转间尺寸、定位基准的高精度传递。

Description

一种实现高精度基准传递的增减材复合制造方法

技术领域

本发明属于增材制造工艺技术领域，具体涉及一种异形复杂结构产品实现高精度基准传递的增减材复合制造方法。

背景技术

选区激光熔化成形(SLM)是增材制造的一种技术种类，是将零件模型按照一定厚度进行切片处理，将三维模型转化为二维图形，通过完成对二维图形的直接成形和逐层叠加，最终实现产品的堆积成形。SLM技术的原材料为金属粉末，切片厚度由粉末粒径、均匀性、流动性、激光功率和熔池深度等因素决定，一般为0.04mm～0.06mm。SLM的成形过程是利用高能激光束将金属粉末直接熔化，按照切片轮廓进行填充，逐层堆积完成零件成形，金属粉末在快速熔凝过程中产生冶金结合，能保证产品致密性及机械性能。作为一种无模、短流程、短周期、低成本、数字化的先进制造技术,SLM在材料组成、凝固组织、外形尺寸等的控制上具有极大柔性，成形工艺不受产品结构复杂程度的影响，可成形任意复杂结构，为高性能金属构件的近净成形快速制造提供了可行途径，可以实现复杂结构产品的整体快速成形。

但是，SLM技术受限于成形精度问题，目前只可以进行毛坯或半成品制件的生产制造，具有表面精度要求或者型面装配关系的产品一般还需要进行后续精加工，从而达到使用要求。目前在增材制造和机械加工工序流转间，普遍存在定位基准不统一的问题，机加工需要通过划线工序完成基准找正，对技能要求较高，受操作者主观因素影响。

对于异形复杂结构产品，产品通过SLM技术完成毛坯成形，模型中深色区域具有型面装配精度要求(如图1所示)，需要进行后续机械加工，传统制造方法是在毛坯上添加工艺卡头，并对中心面进行划线操作来实现加工基准定位。定位卡头在毛坯产品上的形状及位置关系如图2所示，由于产品整体尺寸大、壁厚薄，毛坯添加卡头后在机加过程中易发生变形开裂，成形过程控制难度高；这类结构产品由于中心面变形量大、前后缘壁厚很薄(1mm)，机械加工划线工序对操作者技能要求高，划线结果受钳工主观因素影响较大，产品之间的划线定位不一致稳定；此外，完成机加工后卡头去除的工作量大、难度高，还会影响产品表面质量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种实现高精度基准传递的增减材复合制造方法，以解决增材制造的复杂结构产品在转入机加工工序后定位难、基准传递不一致的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种实现高精度基准传递的增减材复合制造方法，该复合制造方法包括如下步骤：

S1、复杂结构产品的SLM增材成形；

S2、随形装卡模具的增材成形；其中，装卡模具内型面与产品外型面可以随形装配，根据产品尺寸确定公差范围，设置毛坯与模具的配合间隙；在装卡模具上预留出产品毛坯的待加工区域，预留加工刀具与待加工区域的尺寸间隙；装卡模具的凹凸模分型面与产品中心对称面重合；装卡模具对产品在模具内部进行固定和限位，保证产品装配后不发生位移；

S3、产品与随形装卡模具进行整体装配，凹凸模连接固定，满足产品与装卡模具型面装配关系要求、产品在装卡模具内部的位置限定要求、装卡模具分型面贴合产品中心面要求；

S4、对装配体进行整体精加工。

进一步地，随形装卡模具为非金属随形装卡模具。

进一步地，随形装卡模具为尼龙材料。

进一步地，随形装卡模具采用熔融沉积成形工艺增材成形。

进一步地，随形装卡模具的外型面为规则长方体形状。

(三)有益效果

本发明提出的实现高精度基准传递的增减材复合制造方法，包括复杂结构产品的SLM增材成形、随形装卡模具的增材成形、产品与随形装卡模具进行整体装配、对装配体进行整体精加工。

本发明中产品不需要附加加工工艺卡头，降低了结构对产品变形控制的难度，同时实现产品尺寸精度控制，消除厚大卡头对毛坯的尺寸精度和变形影响；其次，以产品断面作为不同工序间的共同基准，实现了增材过程与机械加工的基准一致，免去人工划线，使定位基准的制定不受人的主观因素影响，提高产品尺寸传递的一致性，实现增材-减材工序流转间尺寸、定位基准的高精度传递，非金属随形装卡模具也采用增材制造工艺成形，结构稳固、装配灵活、易于控制，且可以重复使用、成本可控。

本发明可以实现异形型面、复杂结构的增材制造产品高效精加工，特别针对异形回转体、不规则腔体、薄壁易变性等产品，能够完成高效、低成本的装配面加工。对提高企业技术能力、推进增材制造专业发展具有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例中的异形复杂结构产品结构示意图；

图2为异形复杂结构产品使用工艺卡头的传统制造方法；

图3为本发明实施例的增减材复合制造方法流程图；

图4为本发明实施例产品与装卡模具装配关系示意图：(a)主视图，(b)俯视图，(c)分解图。

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。

本实施例提出一种实现高精度基准传递的增减材复合制造方法，其流程如图3所示。该增减材复合制造方法具体包括如下步骤：

S1、复杂结构产品的SLM增材成形

本实施例涉及的产品类别主要针对异形型面、复杂结构的难加工或加工效率低的产品，如图1所示的翼舵类产品。根据其材料特性选择合适的SLM工艺参数，设置匹配的激光功率、扫描速度、扫描间距、沉积层厚等工艺参数，设计合理的扫描策略，选择条带形扫描方式，在具有装配需要的区域添加合理的加工余量，如图1中的深色区域，在实现产品毛坯的近净成形后对装配面进行精加工。

S2、非金属随形装卡模具的增材成形

非金属随形装卡模具的外型面为规则长方体形状，以便于机床装卡且可实现重复使用；装卡模具内型面与产品外型面可以随形装配，根据产品尺寸确定公差范围，根据设计要求及尺寸链传递计算设置产品毛坯与模具的配合间隙；在装卡模具上预留出产品毛坯待加工区域，设计加工刀具与待加工区域的尺寸间隙，保证精加工尺寸合格；装卡模具的凹凸模分型面与产品中心对称面重合，实现尺寸基准校正；对产品在模具内部进行固定和限位，保证产品装配后不发生位移。

有与本实施例涉及的产品类型型面不规则、结构复杂，因此装卡模具内型面通常也会具有难加工成形的特点，需要通过增材制造的方式实现其高效成形。为实现模具的重复利用、保证模具达到装卡强度要求，本实施例选择尼龙材料，采用熔融沉积成形工艺，实现模具的高尺寸精度和高表面精度的加工要求。

S3、产品与装卡模具装配及限位

实现产品的激光增材制造成形，以及非金属装卡模具的增材成形后，对两者进行整体装配，凹凸模采用螺栓连接固定，满足产品与装卡模具型面装配关系要求、产品在装卡模具内部的位置限定要求、装卡模具分型面贴合产品中心面等要求，如图4所示。

S4、装配体整体精加工

对装配体进行整体精加工，模具外形为规则长方体，可以在机床上实现直接装卡，模具外形预留有产品待加工区域，且添加有合理的刀具偏离量，所以可以实现对产品的精加工。加工完成后将装配体从机床上拆卸，装卡模具可进行重复使用。

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 (5)

1.一种实现高精度基准传递的增减材复合制造方法，其特征在于，所述复合制造方法包括如下步骤：

S1、复杂结构产品的SLM增材成形；

S2、随形装卡模具的增材成形；其中，所述装卡模具内型面与产品外型面可以随形装配，根据产品尺寸确定公差范围，设置毛坯与模具的配合间隙；在装卡模具上预留出产品毛坯的待加工区域，预留加工刀具与待加工区域的尺寸间隙；所述装卡模具的凹凸模分型面与产品中心对称面重合；所述装卡模具对产品在模具内部进行固定和限位，保证产品装配后不发生位移；

S3、产品与随形装卡模具进行整体装配，凹凸模连接固定，满足产品与装卡模具型面装配关系要求、产品在装卡模具内部的位置限定要求、装卡模具分型面贴合产品中心面要求；

S4、对装配体进行整体精加工。

2.如权利要求1所述的增减材复合制造方法，其特征在于，所述随形装卡模具为非金属随形装卡模具。

3.如权利要求1所述的增减材复合制造方法，其特征在于，所述随形装卡模具为尼龙材料。

4.如权利要求1所述的增减材复合制造方法，其特征在于，所述随形装卡模具采用熔融沉积成形工艺增材成形。

5.如权利要求1所述的增减材复合制造方法，其特征在于，随形装卡模具的外型面为规则长方体形状。