CN111299576A - 一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法 - Google Patents

一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法，具体步骤包括：精密构件结构设计；精密构件三维建模，生成多元材料送粉、激光扫描路径和激光参数方案；构建激光增材制造加工系统，优化激光工艺参数，调节送粉材料种类和送粉量，在惰性气体下进行多元材料激光增材制造；后处理，对激光增材制造精密构件进行热处理、打磨，获得理想的精密构件尺寸精度和组织性能。不同材料间为完全冶金结合，结合强度高，不易剥落；制造效率高，易自动化控制，可适用小批量柔性化生产。

Description

一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法
技术领域
本发明属于先进制造领域，具体涉及精密构件多元材料的激光增材制造方法，解决精密构件制造工艺复杂，材料间结合力差的问题，具有广阔应用前景。
背景技术
激光增材制造是一种以高能量密度激光为能量源，实现以难加工金属为主要材料的新型成形技术。激光增材制造兼顾精确成形和高性能需求，同时有效解决了复杂形状和高性能金属构件快速制造的技术难题。为了解决精密、复杂的多功能整体高性能金属构件的迫切需求，通过调节粉末配比和激光工艺参数，在同一层切片上加工不同类型的材料组分的多元材料激光增材制造近年来已逐步应用于具有复杂材料和几何属性的航空、模具等领域零部件的设计和制造。
滑动轴承是在滑动摩擦状态下工作的轴承，主要应用在如发动机、发电机、破碎机、精密磨床等工作转速、承受冲击大、轴承位置要求精密的领域。为了保证其减磨性、耐磨性、顺应性、嵌入性、导热性等综合性能，新一代的滑动轴承主要由强度较高的轴承衬背(钢、铸铁等)、减磨性好的轴承衬层（铝基合金、铜基合金等）和减磨性更好的表面敷层（铅基合金、铟基合金等）组成。这种多层金属滑动轴承综合了各种材料在成本和性能方面的优势，弥补单一合金的不足，显著提高了滑动轴承的在恶劣工作环境下的使用寿命。
目前，多层金属滑动轴承的制造经过铸造、机械加工、复合轧制、热喷涂等工艺过程，生产工艺复杂、各层金属间结合力低且易产生疏松裂纹等缺陷，实际使用过程中易产生材料剥落、胶合、磨粒磨损等失效形式，影响设备运行的稳定与安全性能。
本发明采用多头同步送粉式多元材料激光增材制造系统，结合计算机辅助设计，进行多层金属材料滑动轴承精密构件的快速加工制造，制造工艺简单，材料间结合力强，是一种理想的复杂多元材料轴承的制造方法。
发明内容
本发明针对现有制备工艺的不足，采用多元材料激光增材制造工艺加工制造多层材料滑动轴承精密构件。
本发明采用的技术方案为：
一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤一、精密构件结构设计；
步骤二、精密构件三维建模，生成多元材料送粉、激光扫描路径和激光参数方案；
步骤三、构建激光增材制造加工系统，优化激光工艺参数，调节送粉材料种类和送粉量，在惰性气体下进行多元材料激光增材制造；
步骤四、后处理，对激光增材制造精密构件进行热处理、打磨，获得理想的精密构件尺寸精度和组织性能。
步骤一中结构设计，材料厚度调整范围0.1-100mm，多元材料包括合金钢、铸铁、铝基合金、铜基合金、铅基合金、铟基合金等各类滑动轴承材料。
步骤二中所述的三维建模具体是通过计算机软件对精密构件进行三维建模，对模型进行分层切片处理，得到每层的尺寸与材料信息；其中计算机软件包括CAD和CAM。
步骤三中所述的激光工艺参数，激光束为功率为100-10000W的光纤、CO2等激光器发出，光斑直径为0.02mm-10mm，搭接率为5-80%，扫描速率为0.01-1m/min；惰性气体可以为氮气、氩气等惰性气体，气体流量范围为2-50L/min。
步骤四中热处理包括退火、正火、淬火等热处理工艺，打磨包括机械打磨、人工打磨、激光打磨。
所述的精密构件是指滑动轴承，所述的滑动轴承包括各中尺寸等级的圆形、椭圆形、阶梯面向形轴承。
本发明优点包括：
(1) 制造工艺适用于各种复杂形状尺寸和各类技术精密构件以及多层材料滑动轴承；
(2) 不同材料间为完全冶金结合，结合强度高，不易剥落；
(3) 制造效率高，易自动化控制，可适用小批量柔性化生产。
附图说明
图1是多层滑动轴承精密构件多元材料激光增材制造流程。
图2是多层滑动轴承精密构件多元材料激光增材系统示意图。
图3是一种典型多层滑动轴承精密构件示意图。
具体实施方式
参见图1、2、3。
一种面向多层材料滑动轴承精密构件的多元材料激光增材制造方法，具体步骤包括：
步骤一、多层材料滑动轴承结构设计；包括各中尺寸等级的圆形、椭圆形、阶梯面向形轴承；材料厚度调整范围0.1-100mm，多元材料包括合金钢、铸铁、铝基合金、铜基合金、铅基合金、铟基合金等各类滑动轴承材料。
步骤二、多元材料轴承三维建模，生成多元材料送粉、激光扫描路径和激光参数方案；轴承三维建模具体是通过计算机软件对多层材料滑动轴承进行三维建模，对模型进行分层切片处理，得到每层的尺寸与材料信息；其中计算机软件包括CAD和CAM。
步骤三、构建激光增材制造加工系统，优化激光工艺参数，激光束为功率为100-10000W的光纤、CO2等激光器发出，光斑直径为0.02mm-10mm，搭接率为5-80%，扫描速率为0.01-1m/min；惰性气体可以为氮气、氩气等惰性气体，气体流量范围为2-50L/min。调节送粉材料种类和送粉量，在惰性气体下进行多元材料激光增材制造；
步骤四、后处理，对激光增材制造多层材料轴承进行热处理、打磨，获得理想的多层材料轴承尺寸精度和组织性能。热处理包括退火、正火、淬火等热处理工艺，打磨包括机械打磨、人工打磨、激光打磨。

Claims (6)

1.一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤一、精密构件结构设计；
步骤二、精密构件三维建模，生成多元材料送粉、激光扫描路径和激光参数方案；
步骤三、构建激光增材制造加工系统，优化激光工艺参数，调节送粉材料种类和送粉量，在惰性气体下进行多元材料激光增材制造；
步骤四、后处理，对激光增材制造精密构件进行热处理、打磨，获得理想的精密构件尺寸精度和组织性能。
2.根据权利要求1所述的一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法，其特征在于，步骤一中结构设计，材料厚度调整范围0.1-100mm，多元材料包括合金钢、铸铁、铝基合金、铜基合金、铅基合金、铟基合金等各类滑动轴承材料。
3.根据权利要求1所述的一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法，其特征在于，步骤二中所述的三维建模具体是通过计算机软件对精密构件进行三维建模，对模型进行分层切片处理，得到每层的尺寸与材料信息；其中计算机软件包括CAD和CAM。
4.根据权利要求1所述的一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法，其特征在于，步骤三中所述的激光工艺参数，激光束为功率为100-10000W的光纤、CO2等激光器发出，光斑直径为0.02mm-10mm，搭接率为5-80%，扫描速率为0.01-1m/min；惰性气体可以为氮气、氩气等惰性气体，气体流量范围为2-50L/min。
5.根据权利要求1所述的一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法，其特征在于，步骤四中热处理包括退火、正火、淬火等热处理工艺，打磨包括机械打磨、人工打磨、激光打磨。
6.根据权利要求1所述的一种面向精密构件的多元材料激光增材制造方法，其特征在于，所述的精密构件是指滑动轴承，所述的滑动轴承包括各中尺寸等级的圆形、椭圆形、阶梯面向形轴承。
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