CN112139500A - 具有内部流道的发动机轴承座的制造方法 - Google Patents

具有内部流道的发动机轴承座的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112139500A
CN112139500A CN202011045274.4A CN202011045274A CN112139500A CN 112139500 A CN112139500 A CN 112139500A CN 202011045274 A CN202011045274 A CN 202011045274A CN 112139500 A CN112139500 A CN 112139500A
Authority
CN
China
Prior art keywords
manufacturing
model
post
treatment
molding
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.)
Pending
Application number
CN202011045274.4A
Other languages
English (en)
Inventor
于浩
郑会龙
康振亚
张谭
杨肖芳
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.)
Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Original Assignee
Institute of Engineering Thermophysics of CAS
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 Institute of Engineering Thermophysics of CAS filed Critical Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority to CN202011045274.4A priority Critical patent/CN112139500A/zh
Publication of CN112139500A publication Critical patent/CN112139500A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

一种发动机轴承座的制造方法,包括以下步骤:基于增材制造工艺对轴承支座的三维实体模型进行优化修改形成工艺模型;根据所述工艺模型设计增材制造成型位姿并建立支撑结构,形成制造模型;对所述制造模型转换工艺制造数据、更改制造参数并实施激光成型;成型后执行后处理工作;完成所述后处理工作后即得到所述发动机轴承座。通过本发明的工艺方法即实现一次成型,省去焊接工艺,有效缩短了传统制造工艺链;本发明的增材制造工艺方法实现了传统工艺无法完成的集成化、轻量化零件的制造,制造后的零件相比原零件具备占用空间更小,重量更轻的优势。

Description

具有内部流道的发动机轴承座的制造方法
技术领域
本发明涉及航空航天增材制造技术领域,涉及一种具有内部流道的发动机轴承座的制造方法。
背景技术
航空航天发动机轴承座部件大多包含复杂内流道,其材料多为高温合金、不锈钢,属于发动机中的薄壁静承力部件,目前主要工艺手段为铸造或环段坯机加成型,铸造中容易产生内部缺陷或尺寸超差,成品率较低,制造周期较长。锻件机加方式材料浪费较多,机械加工时间较长,从成本与周期上都不具备优势。
申请人发现在现有技术中存在如下缺陷和不足:
1、通过铸造毛坯后机械加工形成产品。其不足之处在于需要针对产品进行模具制造,在研制阶段成本较高;在批产阶段,铸造工艺决定了其组织致密性差,内部缺陷无法避免。铸造出现废品后需要较长的调整周期,若内部缺陷不能有效排查,还可能会在机械加工过程中暴露,会造成成本浪费。
2、通过环锻件毛坯机械加工形成产品。由于轴承座通常为复杂薄壁结构件,因此加工去除量较大,其不足之处在于加工周期长、刀具损耗大、加工成本高且材料浪费较多。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种具有内部流道的发动机轴承座的制造方法,以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的,作为本发明的一方面,提供了一种具有内部流道的发动机轴承座的制造方法,包括以下步骤:
基于增材制造工艺对轴承支座的三维实体模型进行优化修改形成工艺模型;
根据所述工艺模型设计增材制造成型位姿并建立支撑结构,形成制造模型;
对所述制造模型转换工艺制造数据、更改制造参数并实施激光成型;
成型后执行后处理工作;
完成所述后处理工作后即得到所述发动机轴承座。
其中,所述基于增材制造工艺对轴承支座的三维实体模型进行优化修改形成工艺模型的步骤具体包括:
对集成在零件外表面的流道进行优化,将内部直角拐点改为圆角拐点;
适当调整流道非节流位置的截面、壁厚及流道角度;
在装配面添加余量;
在成型后难以进行后处理的位置适当更改结构或增加倒角。
其中,所述根据所述工艺模型设计增材制造成型位姿并建立支撑结构的步骤具体包括:
针对轴承座的流道、滑油喷口、安装基准确定最佳成型姿态;
基于成型姿态添加辅助支撑,综合考虑成型过程中提供支撑并预防变形;
基于后处理工艺方法对支撑参数进行优化,包括齿尖距离、深度和支撑密度。
其中,所述对所述制造模型转换工艺制造数据的步骤包括:形成增材制造设备可读取并执行制造的数据文档,同时实现增材制造过程中的激光参数设置以及激光扫描路径规划。
其中,所述后处理具体包括热处理、去除支撑处理、机械加工处理和表面处理。
其中,应用不锈钢或高温合金粉末材料通过激光选区融化工艺得到近净成型的毛坯零件,即未使用后处理工艺方法进行处理的零件,用于成型的粉末材料的粒径在15-53μm范围。
基于上述技术方案可知,本发明的具有内部流道的发动机轴承座的制造方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一或其中的一部分:
1、本发明提供的制造方法实现了提高轴承座的制造成品率,达到90%以上;
2、本发明提供的制造方法减少了产品制造工艺环节,缩短轴承座制造周期,从2-3月缩短为3周;
3、本发明提供的制造方法在产品验证试制验证阶段,提供更快的制造反应速度,缩短产品迭代周期;
4、本发明的增材制造工艺方法,能够解放基于传统工艺的结构设计思路,为流道结构的内置提供可能,将原有的外部管路焊接组件直接内置于零件的环形外壳中。这种结构的零件一般通过其他工艺很难制造成形,原制造工艺只能通过焊接将管路与零件本体相接,通过本发明的工艺方法即实现一次成型,省去焊接工艺,有效缩短了传统制造工艺链;
5、本发明的增材制造工艺方法实现了传统工艺无法完成的集成化、轻量化零件的制造,制造后的零件相比原零件具备占用空间更小,重量更轻的优势;
6、本发明的增材制造工艺方法相比传统方法,通过有效的工艺模型设计与工艺支撑设计,可以固化工艺,批产中能够简单复制,减少人为干预,规避焊接报废,总体上降低制造废品的风险,提升了制造的成品率;
7、本发明的增材制造工艺方法以几乎净成形的方式进行制造,减少了后续加工制造的工作量,有效的缩短了制造周期,降低了制造成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的具有内部流道的发动机轴承座的制造方法的流程图;
图2是本发明实施例提供的轴承座原模型剖视图a;
图3是本发明实施例提供的轴承座原模型剖视图b;
图4是本发明实施例提供的轴承座更改后模型剖视图a;
图5是本发明实施例提供的轴承座更改后模型剖视图b;
图6是本发明实施例提供的轴承座更改后模型剖视图a增加工艺支撑后的视图;
图7是本发明实施例提供的轴承座更改后模型剖视图b增加工艺支撑后的视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示,本发明公开了一种具有内部流道的发动机轴承座的制造方法,包括以下步骤:基于增材制造工艺对轴承支座的三维实体模型进行优化修改形成工艺模型;根据工艺模型设计增材制造成型位姿并建立支撑结构,形成制造模型;转换工艺制造数据、更改制造参数并实施激光成型;成型后完成后处理工作;得到所述轴承座。
其中,所述基于增材制造工艺对轴承支座的三维实体模型进行优化修改形成工艺模型的步骤具体包括:对集成在零件外表面的流道进行优化,将内部直角拐点改为圆角拐点;适当调整流道非节流位置的截面、壁厚及流道角度;在装配面添加余量;在成型后难以进行后处理的位置适当更改结构或增加倒角。制造的输入模型为轴承座成品零件,且已经参考增材制造的工艺性进行过结构设计优化,结构设计优化工作非本专利保护的范围。得到输入模型后需要在不更改设计意图的前提下依照增材制造的工艺特点进行局部调整和余量添加,形成工艺模型。
在不改变零件载荷强度的前提下,调整或删除原焊接工艺位置的工艺台。在不改变流道节流面积和流量的前提下,改变流道走向、角度、及流道转折处的圆角。在轴承座装配处增加1-2mm余量,以备后续机械加工。在加工基准处增加余量。在满足零件载荷强度的前提下,与后处理存在加工干涉的位置简化结构或增加倒角,避免后续添加工艺支撑。
其中,所述根据所述工艺模型设计增材制造成型位姿并建立支撑结构的步骤具体包括:针对轴承座的流道、滑油喷口、安装基准确定最佳成型姿态;基于成型姿态添加辅助支撑,综合考虑成型过程中提供支撑(避免悬空成型)并预防变形(提供一定的强度防止内部应力释放导致零件变形);基于后处理工艺方法对支撑参数进行优化,包括但不限于齿尖距离、深度和支撑密度等。
首先确定零件摆放姿态,以零件所有成型面与水平基板夹角大于45°为原则。在悬空位置添加块状支撑结构,防止成型过烧和翘曲变形。在薄壁位置增加支撑结构强度避免零件变形。添加实体支撑。根据后处理工艺对整体支撑结构的可加工性进行评估、校准、优化,包括但不限于齿尖距离、进入实体的深度、支撑密度等。
得到带有支撑的制造模型后,通过软件转化为机器可读取的制造数据,方案如下:根据零件尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等要求设定激光能量、扫描速度、轮廓参数、补偿参数。根据零件尺寸、截面实体面积设计扫描路径。整体校核,检错。内置制造参数并导出制造数据。得到制造参数后导入增材制造设备,按生产流程进行制造。增材制造完成后,取出零件,清理粉末,检查外观,测量外部尺寸。
进行后处理工艺,具体方案如下:首先完成热处理,以材料、性能要求为依据,制定热处理工艺,入炉处理。转入线切割,将零件与基板分开,进而转入钳工去除支撑。采用振动光饰、喷砂工艺进行外表面光整处理。对于精度要求较高的异形外表面,采用微铣削、自适应抛光工艺进行处理。根据零件形状进行加工路径规划并通过特种工艺设备完成表面处理。对留有余量的装配面进行机械加工以保证尺寸精度。
其中,所述对所述制造模型转换工艺制造数据的步骤包括:形成增材制造设备可读取并执行制造的数据文档,同时实现增材制造过程中的激光参数设置以及激光扫描路径规划。
其中,所述后处理具体包括热处理、去除支撑处理、机械加工处理和表面处理。
其中,应用不锈钢或高温合金粉末材料通过激光选区融化工艺得到近净成型的毛坯零件,粉末材料的粒径在15-53μm范围。
下面通过一具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
得到某航空发动机轴承座模型(如图2、图3轴承座中包含两不同位置和方向的内流道和滑油喷口,图2和图3分别展示了两个不同流道所在剖面的情况)后,对零件工艺情况进行分析,零件中的内流道由轴承座外管路引入并已内置与零件内部,出口位置为1、2,管路焊接工艺台为3,加工基准为5,装配位置为4、6。
第一步,分析零件设计意图,重点保证装配精度和相对位置以及流道节流面积和滑油喷射位置。
第二步,基于上述分析,在4、5、6位置添加1-2mm余量,用于后续机加。
第三步,分析流道方向不利于增材制造成形,需改变方向,同时改变方向后零件载荷能力符合服役要求。将流道1方向改为与底平面具有一定角度,更改后如图4中1处所示。
第四步,取消原焊接工艺台3处,更改流道2方向以便于增材制造成型。原工艺中,流道1与流道2通过工艺台3相连且流道2为管路零件焊接于轴承座上,通过增材制造一次成型,取消焊接工艺,将流道2在内部与流道1相连,更改后如图5。在模型7处增加倒角,后续可直接成型,以减少工艺支撑添加。
第五步,得到工艺模型后,首先确定零件摆放姿态,零件摆放如图5,大部分位置与底平面夹角大于45°,流道角度大于60°以保证内流道粗糙度。
第六步在悬空位置和夹角小于45°图6中8处等位置添加块状支撑结构,防止成型过烧和翘曲变形。在基准、装配位置9处添加实体支撑。在10处等薄壁位置增加支撑结构强度避免零件变形。
第七步,根据后处理工艺对整体支撑结构的可加工性进行评估、校准、优化。
第八步,根据零件尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等要求设定激光能量、扫描速度、轮廓参数、补偿参数;设定扫描路径,完成工艺审核、审定。
第九步,制造参数后导入增材制造设备,按生产流程进行制造。
第九步,增材制造成型后转入后处理,清理粉末后按工艺要求进行热处理、线切割、支撑去除、表面处理等工作。
第十步,对留有余量的4、5、6处进行机械加工以保证尺寸精度,完成终检尺寸检测。
其中图6与图4为同一模型同一截面视图,不同在于图6显示了增加支撑结构后的情况;同理,图7与图5为同一模型同一截面视图,不同在于图7显示了增加支撑结构后的情况。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有内部流道的发动机轴承座的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
基于增材制造工艺对轴承支座的三维实体模型进行优化修改形成工艺模型;
根据所述工艺模型设计增材制造成型位姿并建立支撑结构,形成制造模型;
对所述制造模型转换工艺制造数据、更改制造参数并实施激光成型;
成型后执行后处理工作;
完成所述后处理工作后即得到所述发动机轴承座。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述基于增材制造工艺对轴承支座的三维实体模型进行优化修改形成工艺模型的步骤具体包括:
对集成在零件外表面的流道进行优化,将内部直角拐点改为圆角拐点;
适当调整流道非节流位置的截面、壁厚及流道角度;
在装配面添加余量;
在成型后难以进行后处理的位置适当更改结构或增加倒角。
3.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述根据所述工艺模型设计增材制造成型位姿并建立支撑结构的步骤具体包括:
针对轴承座的流道、滑油喷口、安装基准确定最佳成型姿态;
基于成型姿态添加辅助支撑,综合考虑成型过程中提供支撑并预防变形;
基于后处理工艺方法对支撑参数进行优化,包括齿尖距离、深度和支撑密度。
4.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述对所述制造模型转换工艺制造数据的步骤包括:形成增材制造设备可读取并执行制造的数据文档,同时实现增材制造过程中的激光参数设置以及激光扫描路径规划。
5.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述后处理具体包括热处理、去除支撑处理、机械加工处理和表面处理。
6.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,应用不锈钢或高温合金粉末材料通过激光选区融化工艺得到近净成型的毛坯零件,即未使用后处理工艺方法进行处理的零件,用于成型的粉末材料的粒径在15-53μm范围。
CN202011045274.4A 2020-09-28 2020-09-28 具有内部流道的发动机轴承座的制造方法 Pending CN112139500A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011045274.4A CN112139500A (zh) 2020-09-28 2020-09-28 具有内部流道的发动机轴承座的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011045274.4A CN112139500A (zh) 2020-09-28 2020-09-28 具有内部流道的发动机轴承座的制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112139500A true CN112139500A (zh) 2020-12-29

Family

ID=73894564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011045274.4A Pending CN112139500A (zh) 2020-09-28 2020-09-28 具有内部流道的发动机轴承座的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112139500A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113492216A (zh) * 2021-07-07 2021-10-12 佛山宇仁智能科技有限公司 一种迷宫式调节阀阀笼的增材成形方法及得到的阀笼
CN113798514A (zh) * 2021-09-18 2021-12-17 北京航空航天大学 一种闭式整体复杂内流道构件激光增材光整一体化新方法
CN114632950A (zh) * 2022-03-17 2022-06-17 潍柴动力股份有限公司 一种发动机气缸体的增减材复合制造方法
CN118194476A (zh) * 2024-05-15 2024-06-14 南昌航空大学 一种燃油控制装置结构的优化方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110625115A (zh) * 2019-10-21 2019-12-31 浙江大学 基于选区激光熔化的液压阀块轻量化设计方法
CN110874503A (zh) * 2019-11-22 2020-03-10 中国航发控制系统研究所 面向航空发动机控制系统产品的快速研制方法
CN111069607A (zh) * 2019-12-09 2020-04-28 西安航天发动机有限公司 一种复杂、多内腔、窄流道喷注器的成形方法
US20200130267A1 (en) * 2018-12-29 2020-04-30 Huazhong University Of Science And Technology Method for controlling deformation and precision of parts in parallel during additive manufacturing process
CN111266574A (zh) * 2019-12-11 2020-06-12 西安航天发动机有限公司 一种航天发动机针栓式头部夹层壳体的整体制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200130267A1 (en) * 2018-12-29 2020-04-30 Huazhong University Of Science And Technology Method for controlling deformation and precision of parts in parallel during additive manufacturing process
CN110625115A (zh) * 2019-10-21 2019-12-31 浙江大学 基于选区激光熔化的液压阀块轻量化设计方法
CN110874503A (zh) * 2019-11-22 2020-03-10 中国航发控制系统研究所 面向航空发动机控制系统产品的快速研制方法
CN111069607A (zh) * 2019-12-09 2020-04-28 西安航天发动机有限公司 一种复杂、多内腔、窄流道喷注器的成形方法
CN111266574A (zh) * 2019-12-11 2020-06-12 西安航天发动机有限公司 一种航天发动机针栓式头部夹层壳体的整体制造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张磊: ""基于增材制造的液压复杂流道轻量化设计与成形"", 《液压与气动》 *
赵娅: ""3D打印制造注塑模具的特征结构的尺寸精度及粗糙度研究"", 《塑料工业》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113492216A (zh) * 2021-07-07 2021-10-12 佛山宇仁智能科技有限公司 一种迷宫式调节阀阀笼的增材成形方法及得到的阀笼
CN113798514A (zh) * 2021-09-18 2021-12-17 北京航空航天大学 一种闭式整体复杂内流道构件激光增材光整一体化新方法
CN114632950A (zh) * 2022-03-17 2022-06-17 潍柴动力股份有限公司 一种发动机气缸体的增减材复合制造方法
CN118194476A (zh) * 2024-05-15 2024-06-14 南昌航空大学 一种燃油控制装置结构的优化方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112139500A (zh) 具有内部流道的发动机轴承座的制造方法
Wang et al. Re-thinking design methodology for castings: 3D sand-printing and topology optimization
Manogharan et al. AIMS–a metal additive-hybrid manufacturing system: system architecture and attributes
CN110666170B (zh) 用于复杂零件slm成型的支撑结构设计方法
Sefene et al. Metal hybrid additive manufacturing: state-of-the-art
CN108746616B (zh) 一种同轴送粉与激光锻打复合增减材制造方法及装置
US20180221958A1 (en) Parts and methods for producing parts using hybrid additive manufacturing techniques
Atwood et al. Laser engineered net shaping (LENS™): A tool for direct fabrication of metal parts
Akula et al. Hybrid adaptive layer manufacturing: An Intelligent art of direct metal rapid tooling process
CN104476112B (zh) 一种高温合金大直径薄壁锥体整体机匣的加工方法
Zhu et al. Application of a hybrid process for high precision manufacture of difficult to machine prismatic parts
US10357819B2 (en) Investment casting of hollow components
US8701741B2 (en) Process for manufacturing forgings made of light alloy, incorporating solid or thinned-down sections
CN113732305A (zh) 一种减少基材-增材体界面残余应力的方法
Haba et al. Digital manufacturing of air-cooled single-cylinder engine block
CN101773983B (zh) 一种钛合金铸件石墨型芯的制造方法
CN111545938A (zh) 一种铝合金舱段成型方法
CN106736292A (zh) 一种先进压水堆燃料元件管座机械加工方法
Denkena et al. Automatic re-contouring of repair-welded tool moulds
Shinde et al. On efficient electrode design and manufacturing techniques for hot die steel inserts
CN107096890B (zh) 一种等厚型面分体铸造的超塑成形/扩散连接成形模具及其制备方法
CN105817620A (zh) 一种模型的3d打印免装配制造方法
Abdillah et al. Hybrid Manufacturing and Rapid Prototyping in Metal Casting Industry: A Review
Veeck et al. TITANIUM Investment Castings.
Ivanova et al. Prospects of modern casting methods for cases with complex internal cavity

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201229