CN112974835A - 一种包壳式复合增材生产流水线制造方法 - Google Patents

一种包壳式复合增材生产流水线制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包壳式复合增材生产流水线制造方法，包括以下步骤：S1，并联多工位，依据数据模型，通过多轴数控平台搭载激光和电弧增材系统将丝/粉材原料加工成包壳；S2，将熔融液态金属注入包壳，然后对熔融液态金属浇铸成形；S3，并联多工位，所述熔融液态金属冷却至半固态或锻造挤压温度时形成铸造的凝固组织，然后对该铸造的凝固组织进行挤压或锻造；S4，并联多工位，将复合成形的毛坯件进行热处理；S5，并联多工位，将毛坯料通过机加工制成零件；S6，并联多工位，将基板或包壳去除；S7，并联多工位，对零件进行检测；S8，并联多工位，检测合格后，将成品零件进行出线、包装工序。本发明属于复合材料增材制造技术领域。

Description

一种包壳式复合增材生产流水线制造方法
技术领域
本发明涉及复合材料增材制造技术领域，特别是涉及一种包壳式复合增材生产流水线制造方法。
背景技术
目前增材制造金属构件的工艺方法，是继承了堆焊“点-线-面-体”的工艺路线特征，装置和设备是以局部集成为主，多数采用分体式、因工序的差异导致从增材成形零件毛坯到最终的精密装配件，零件间断翻转转运、反复热加工大大增加了能耗、时间和物质上的成本，使得更使得增材制造的应用受到极大的制约。
现有技术中，增材制造金属构件的工艺方法具有以下不足：
（1）用粉材或丝材，成本高，成形效率低，精度低。
（2）丝材卷之间更换衔接困难，若用完一卷丝再更换另一卷的时，需要必要的停机和精确控制的穿丝工序，此工作在大气环境中较为容易，但若在成形舱里，难度较大，同时也难以达到增材的连续性和冶金同炉的要求。
（3）常规直接沉积+辊轧或微锻造的复合成形，设备本质上是基于点状熔池沉积后改善其性能的一种外加一维压力处理方法，一定程度上可使局部组织晶粒细化，但其两侧自由端因无约束仍然呈现铸态组织，成形精度较低。
（4）常规装置因“遗传”堆焊特征，缺少必要冶金过程和装置，使增材成形的金属构件冶金缺陷明显。
因此，发明人提供了一种包壳式复合增材生产流水线制造方法。
发明内容
（1）要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种包壳式复合增材生产流水线制造方法，解决了成本高、成形效率低、精度低、缺少必要冶金过程和装置的技术问题,通过串并联的方法，将复合增材制造前后处理“孤岛作业”改变为“流水线作业”方式，使加工效率指数倍级增加。
（2）技术方案
本发明实施例的第一目的是提供一种包壳式复合增材生产流水线制造方法，包括以下步骤：
S1，并联多工位，依据数据模型，通过多轴数控平台将丝/粉材原料通过增材制造方法加工成包壳；
S2，将熔融液态金属注入至包壳，然后对熔融液态金属浇铸成形；
S3，并联多工位，所述熔融液态金属冷却至半固态或锻造挤压温度时形成铸造的凝固组织，然后对该铸造的凝固组织进行挤压或锻造；
S4，并联多工位，将复合成形的毛坯件进行热处理；
S5，并联多工位，将毛坯料通过机加工制成零件；
S6，并联多工位，将基板或包壳去除；
S7，并联多工位，对零件进行检测；
S8，并联多工位，检测合格后，将成品零件进行出线、包装工序。
进一步改进的，步骤S1中，基于进行构件包壳复合成形数模设计，通过多轴数控平台搭载激光和电弧增材系统将丝/粉材原料加工成包壳，其中，加工的包壳内设有溢料槽和加强筋，然后对包壳进行完整性检测，若检测合格，则检测合格的包壳进入步骤S2；若检测不合格，则检测不合格的包壳不进入步骤S2。
进一步改进的，步骤S2中，采用熔炼炉，以块体/丝状/粉末状的待熔炼金属为原料，将待熔炼的金属熔融成液态，然后采用浇铸系统对注入包壳内的熔融液态金属浇铸成形，再对浇铸成形的熔融液态金属进行完整性检测和组织性能检测，若检测合格，则检测合格的熔融液态金属进入步骤S3；若检测不合格，则检测不合格的熔融液态金属不进入步骤S3。
进一步改进的，步骤S7中，采用CT超声对零件进行检测，并对零件的整体性能进行表征定论；若检测合格，则检测合格的零件进入步骤S8；若检测不合格，则检测不合格的零件回收作为步骤S2中的待熔炼的金属，并重复步骤S1至S6。
进一步改进的，所述待熔炼的金属为块状或丝状或粉末状。
进一步改进的，步骤S3中，并联多工位，所述熔融液态金属冷却至半固态或锻造挤压温度时形成铸造的凝固组织，然后对该铸造的凝固组织进行挤压或锻造；所述挤压或锻造的参数根据金属属性确定；
再对该铸造的凝固组织进行完整性检测和挤压锻造性能检测是否满足成形条件，若检测合格，则将检测合格的产品进入步骤S4；若检测不合格，则采用浇铸系统对检测不合格的再次浇铸成形，并重复步骤S3。
进一步改进的，步骤S4中，并联多工位，将复合成形的毛坯件进行热处理；
再对热处理后的毛坯件进行性能检测，若检测合格，则检测合格的毛坯料进入步骤S5；若检测不合格，则检测不合格的毛坯料不进入步骤S5，返回步骤S1。
进一步改进的，步骤S5中，基于零件数据模型，并联多工位，将毛坯料通过机加工的方式去除基板或包壳，加工成零件；
再对零件进行性能增材和机械加工指标检测，若检测合格，则检测合格的零件进入步骤S6；若检测不合格，则检测不合格的零件不进入步骤S6，返回步骤S1。
（3）有益效果
综上，本发明包壳式复合增材生产流水线制造方法中，步骤S1至步骤S8分别在工位1至工位8上进行。工位1至工位8形成的流水线结合了传统堆焊增材、铸造、锻造的优势技术，改变了现有增材“孤岛”制造、多次定位误差累积和高能耗的方式。其中，通过增材成形装置采用大块料送进装置代替常规丝粉送进，改变了原料供给形式，大幅提高稳定性和质量的前提下，数量级降低了成本。并通过多轴数控平台搭载激光和电弧增材系统将丝/粉材原料加工成包壳，包壳式复合增材成形装置结合了传统堆焊增材、铸造、锻造挤压的优势技术，大大稳定了增材制造基体组织和性能的一致性和稳定性，便于实现自动化连续生产；采用熔融液态金属增加金属冶金的充分性；通过对该铸造的凝固组织三向挤压或锻造，改变了现有一维复合增材成形方式。串联了增材、铸造、挤压锻造、热处理、检测等加工工序，拒绝“孤岛”作业，大幅提高制造效率，大幅降低制造成本和生产周期。使增材制造从传统的过度追求改善“堆焊坯料件”性能的方式转变到流水线高效率的增材制造，可以稳定衔接传统成熟工艺技术与新型数字化制造优势的同时，向高度集成化、自动化、低能耗方向转变，夯实制造业体系，为将来现代化工业体系升级提供可靠的科学方法。
本发明包壳式复合增材生产流水线制造方法充分融合了传统加工制造工艺的制造优势放大，结合了增材制造快速高效制造包壳的优势能力，实现了包壳+铸造+挤压或锻造进行增材+机械减材的高效低成本的自动化流水线加工技术，改变现有金属零件制造“孤岛”方式，结合冶金熔炼技术、铸造类平面热源技术以及挤压锻造技术革新增材，提高成形冶金质量、制造精度和速度，严格控形控性，大大降低转运脱线等生产大难题，大幅提高制造效率，大幅降低制造成本和生产周期和制造风险，为增材制造的快速推广提供了方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施中包壳式复合增材生产流水线制造方法的流程图。
图2是图1中各工位的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参照图1至图2，一种包壳式复合增材生产流水线制造方法，包括以下步骤：
S1，并联多工位，依据数据模型，通过多轴数控平台搭载激光和电弧增材系统将丝/粉材原料加工成包壳，作为流水线的起始端；
S2，将充分熔融的液态金属注入至包壳，实施类似铸造的成形方式；
S3，并联多工位，所述熔融液态金属冷却至半固态或锻造挤压温度时形成铸造的凝固组织，然后对该铸造的凝固组织进行挤压或锻造，该工序智能判断是否达到充型能力；
S4，并联多工位，将复合成形的毛坯件进行热处理；
S5，并联多工位，将毛坯料通过机加工制成零件；
S6，并联多工位，将基板或包壳去除；
S7，并联多工位，对零件进行检测；
S8，并联多工位，检测合格后，将成品零件进行出线、包装工序。
本实施例包壳式复合增材生产流水线制造方法中，步骤S1至步骤S8分别在工位1至工位8上进行。工位1至工位8形成的流水线结合了传统堆焊增材、铸造、锻造的优势技术，改变了现有增材“孤岛”制造方式。其中，通过增材成形装置采用大块料送进装置代替常规丝粉送进，改变了原料供给形式，大幅提高稳定性和质量的前提下，数量级降低了成本。并通过多轴数控平台搭载激光和电弧增材系统将丝/粉材原料加工成包壳，包壳式复合增材成形装置结合了传统堆焊增材、铸造、锻造挤压的优势技术，大大稳定了增材制造基体组织和性能的一致性和稳定性，便于实现自动化连续生产；采用熔融液态金属增加金属冶金的充分性；通过对该铸造的凝固组织三向挤压或锻造，改变了现有一维复合增材成形方式。串联了增材、铸造、挤压锻造、热处理、检测等加工工序，拒绝“孤岛”、多次定位误差累积和高能耗的作业，大幅提高制造效率，大幅降低制造成本和生产周期。使增材制造从传统的过度追求改善“堆焊坯料件”性能的方式转变到流水线高效率的增材制造，可以稳定衔接传统成熟工艺技术与新型数字化制造优势的同时，向高度集成化、自动化、低能耗方向转变，夯实制造业体系，为将来现代化工业体系升级提供可靠的科学方法。
本实施例包壳式复合增材生产流水线制造方法充分融合了传统加工制造工艺的制造优势放大，结合了增材制造快速高效制造包壳的优势能力，实现了包壳+铸造+挤压或锻造进行增材+机械减材的高效低成本的自动化流水线加工技术，改变现有金属零件制造“孤岛”方式，结合冶金熔炼技术、铸造类平面热源技术以及挤压锻造技术革新增材，提高成形冶金质量、制造精度和速度，严格控形控性，大大降低转运脱线等生产大难题，大幅提高制造效率，大幅降低制造成本和生产周期和制造风险，为增材制造的快速推广提供了方法。
进一步地，在一实施例中，步骤S1中，基于进行构件包壳复合成形数模设计，通过多轴数控平台搭载激光和电弧增材系统将丝/粉材原料加工成包壳，其中，加工的包壳内设有溢料槽和加强筋，然后对包壳进行完整性检测，若检测合格，则检测合格的包壳进入步骤S2；若检测不合格，则检测不合格的包壳不进入步骤S2。
进一步地，在一实施例中，步骤S2中，采用熔炼炉，以块体/丝状/粉末状的待熔炼金属为原料，将待熔炼的金属熔融成液态，然后采用浇铸系统对注入包壳内的熔融液态金属浇铸成形，再对浇铸成形的熔融液态金属进行完整性检测和组织性能检测，若检测合格，则检测合格的熔融液态金属进入步骤S3；若检测不合格，则检测不合格的熔融液态金属不进入步骤S3。
进一步地，在一实施例中，步骤S7中，采用CT超声对零件进行检测，并对零件的整体性能进行表征定论；若检测合格，则检测合格的零件进入步骤S8；若检测不合格，则检测不合格的零件回收作为步骤S2中的待熔炼的金属，并重复步骤S1至S6。
进一步地，在一实施例中，所述待熔炼的金属为块状或丝状或粉末状。
进一步地，在一实施例中，步骤S3中，并联多工位，所述熔融液态金属冷却至半固态或锻造挤压温度时形成铸造的凝固组织，然后对该铸造的凝固组织进行挤压或锻造；所述挤压或锻造的参数根据金属属性确定；
再对该铸造凝固组织进行完整性检测和挤压锻造性能检测是否满足成形条件，若检测合格，则将检测合格的产品进入步骤S4；若检测不合格，则采用浇铸系统对检测不合格的再次浇铸成形，并重复步骤S3。
进一步地，在一实施例中，步骤S4中，并联多工位，将复合成形的毛坯件进行热处理；
再对热处理后的毛坯件进行性能检测，若检测合格，则检测合格的毛坯料进入步骤S5；若检测不合格，则检测不合格的毛坯料不进入步骤S5，返回步骤S1。
进一步地，在一实施例中，步骤S5中，基于零件数据模型，并联多工位，将毛坯料通过机加工的方式去除基板或包壳，加工成零件；具体的，可以采用五轴数控机进行机加工。
再对零件进行性能增材和机械加工指标检测，若检测合格，则检测合格的零件进入步骤S6；若检测不合格，则检测不合格的零件不进入步骤S6，返回步骤S1。
基于上述实施例的结合，采用本实施例的包壳式复合增材生产流水线制造方法制造筒形构件包括以下步骤：先进行数模优化设计，完成包壳、浇铸成形的力学优化和成形性设计，包壳内外侧壁面需要加强筋，其中增材成形的包壳需要具备充型能力，对称设计溢料槽，保证与后期挤压或锻造相适应的强度。然后利用待熔炼的金属在熔炼炉里充分地熔炼，工位1的合格包壳流转到工位2，将熔融液态金属浇铸至包壳中，过程中有控制铸造质量的相关技术辅助。待熔融液态金属冷却凝固不流动后，转至工位3的挤压或整体锻造工序，冷却至锻造挤压温度后，对该铸造的凝固组织进行锻造或挤压，挤压和锻造可分块连续或断续进行，待塑形加工完成后，需判断是否达到塑形加工效果，若没达到塑形加工效果，则将不合格的铸造凝固组织退回工位2进行再次浇铸成形，然后再塑形加工，待塑性加工完成后，然后转入多个工位4中的某个区域进行热处理，完成热处理后，进行进行热处理，然后进行切基板或且包壳机加工，最后检验直至完成成品零件出线。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种包壳式复合增材生产流水线制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，并联多工位，依据数据模型，通过多轴数控平台将丝/粉材原料通过增材制造方法加工成包壳；
S2，将熔融液态金属注入至包壳，然后对熔融液态金属浇铸成形；
S3，并联多工位，所述熔融液态金属冷却至半固态或锻造挤压温度时形成铸造的凝固组织，然后对该铸造的凝固组织进行挤压或锻造；
S4，并联多工位，将复合成形的毛坯件进行热处理；
S5，并联多工位，将毛坯料通过机加工制成零件；
S6，并联多工位，将基板或包壳去除；
S7，并联多工位，对零件进行检测；
S8，并联多工位，检测合格后，将成品零件进行出线、包装工序。
2.根据权利要求1所述的包壳式复合增材生产流水线制造方法，其特征在于，步骤S1中，基于进行构件包壳复合成形数模设计，通过多轴数控平台搭载激光和电弧增材系统将丝/粉材原料加工成包壳，其中，加工的包壳内设有溢料槽和加强筋，然后对包壳进行完整性检测，若检测合格，则检测合格的包壳进入步骤S2；若检测不合格，则检测不合格的包壳不进入步骤S2。
3.根据权利要求1所述的包壳式复合增材生产流水线制造方法，其特征在于，步骤S2中，采用熔炼炉，以块体/丝状/粉末状的待熔炼金属为原料，将待熔炼的金属熔融成液态，然后采用浇铸系统对注入包壳内的熔融液态金属浇铸成形，再对浇铸成形的熔融液态金属进行完整性检测和组织性能检测，若检测合格，则检测合格的熔融液态金属进入步骤S3；若检测不合格，则检测不合格的熔融液态金属不进入步骤S3。
4.根据权利要求3所述的包壳式复合增材生产流水线制造方法，其特征在于，步骤S7中，采用CT超声对零件进行检测，并对零件的整体性能进行表征定论；若检测合格，则检测合格的零件进入步骤S8；若检测不合格，则检测不合格的零件回收作为步骤S2中的待熔炼的金属，并重复步骤S1至S6。
5.根据权利要求3所述的包壳式复合增材生产流水线制造方法，其特征在于，所述待熔炼的金属为块状或丝状或粉末状。
6.根据权利要求3所述的包壳式复合增材生产流水线制造方法，其特征在于，步骤S3中，并联多工位，所述熔融液态金属冷却至半固态或锻造挤压温度时形成铸造的凝固组织，然后对该铸造的凝固组织进行挤压或锻造；所述挤压或锻造的参数根据金属属性确定；
再对该铸造的凝固组织进行完整性检测和挤压锻造性能检测是否满足成形条件，若检测合格，则将检测合格的产品进入步骤S4；若检测不合格，则采用浇铸系统对检测不合格的再次浇铸成形，并重复步骤S3。
7.根据权利要求1所述的包壳式复合增材生产流水线制造方法，其特征在于，步骤S4中，并联多工位，将复合成形的毛坯件进行热处理；
再对热处理后的毛坯件进行性能检测，若检测合格，则检测合格的毛坯料进入步骤S5；若检测不合格，则检测不合格的毛坯料不进入步骤S5，返回步骤S1。
8.根据权利要求1所述的包壳式复合增材生产流水线制造方法，其特征在于，步骤S5中，基于零件数据模型，并联多工位，将毛坯料通过机加工的方式去除基板或包壳，加工成零件；
再对零件进行性能增材和机械加工指标检测，若检测合格，则检测合格的零件进入步骤S6；若检测不合格，则检测不合格的零件不进入步骤S6，返回步骤S1。
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