CN114951924A - 一种具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，该方法采用焊枪同步运动增材工艺，以具有圆柱凸台的板材作为增材制造基板，通过倾斜、旋转工作平台在基板圆柱凸台侧面或筒体内壁进行内法兰结构的增材制造，工作台水平时在法兰结构上表面进行筒体的增材制造，能够实现镁合金舱体无多道搭接的电弧增材制造。本发明为具有上法兰、下法兰或其他内部法兰结构的镁合金舱体提供了一种电弧增材制造方法。利用本发明进行镁合金舱体电弧熔丝增材制造时，可以避免样件电弧增材制造过程中存在多道搭接的增材路径，实现增材样件内部质量的提升，有效解决镁合金舱体电弧增材制造过程中，内法兰结构因多道搭接出现的未熔合等质量问题。

Description

一种具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法
技术领域
本发明涉及电弧熔丝增材制造技术领域，特别涉及一种具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法。
背景技术
镁合金具有较高的比强度和比刚度，适用于航天航空领域应用最广的轻量化材料，其中镁合金舱体类结构件是典型零件之一，且大部分镁合金舱体具有内部法兰结构。目前该类结构件多采用铸造+机加的传统工艺进行制造，不仅制造周期长、材料利用率低，且由于镁合金的室温塑性加工能力较差，铸造过程中易产生缩孔、偏析和疏松等缺陷，制备难度大、成品率也不高，极大地限制了镁合金在航天航空领域的发展，因此急需一种先进制造技术进行镁合金舱体的快速制造。
电弧增材制造技术是一种先进的快速成形技术，该技术以焊接电弧为热源，通过对增材路径的规划与设计，将添加材料按照规划路径逐层熔敷并形成所需零件，具有材料利用率高、制造周期短的特点。因此，采用电弧增材制造技术进行镁合金舱体结构件的快速制造，对镁合金在航天航空领域的发展具有较大意义。
由于镁合金的熔点较低，液态金属的流动性较差，导致电弧增材单道熔敷层不能良好铺展，即熔敷层的宽高比较小、接触角也较小，不利于进行多道搭接样件的电弧增材制备。目前镁合金多道搭接熔敷层内部存在较多未熔合现象，如何解决这一问题成为镁合金舱体电弧增材制造的关键。中国专利(申请号：201710959782.5)公开了一种基于机械臂摆动的电弧增材制造道间搭接方法，该专利采用摆动及多道搭接的方式进行增材制造，摆动方式能够成形宽高比较大的熔敷层、有利于实现道间搭接，但仍无法保证镁合金多道搭接的内部质量。
镁合金舱体作为航空领域的典型结构件，采用电弧增材制造技术进行快速制造具有较大优势。而目前，国内外学者针对镁合金电弧增材制造的研究仍集中在研究试验阶段，并未见针对具有内法兰结构镁合金舱体电弧增材制造方法的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，以解决镁合金增材制造内法兰结构因多道搭接出现的未熔合等内部质量问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，适用于具有上法兰、下法兰或其他内部法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造，采用焊枪同步运动增材工艺进行所述镁合金舱体的增材制造，并以具有圆柱凸台的板材作为增材制造基板，通过倾斜、旋转工作平台在基板圆柱凸台侧面或筒体内壁进行内法兰结构的增材制造；筒体制备时工作平台需呈水平状态，在底部法兰与基板之间填加支撑板并固定，在底部法兰上表面进行筒体的增材制造。
进一步的，本发明包括如下步骤：
S1、根据工艺试验及镁合金舱体法兰厚度和舱体壁厚进行焊枪同步运动增材工艺参数的选择与设置；
S2、采用具有圆柱凸台的板材作为增材制造基板，清理并固定基板与工作平台上，倾斜工作平台将圆柱凸台侧面作为电弧增材基准面，通过旋转工作平台进行底部法兰增材制造；
S3、通过将工作平台置于水平，在底部法兰与基板之间填加支撑板并固定，将底部法兰上表面作为增材基准面，进行中部筒体增材制造；
S4、倾斜工作平台，将镁合金舱体中部筒体内壁作为增材基准面，通过旋转工作平台进行中部及顶部法兰增材制造。
进一步的，所述焊枪同步运动增材工艺参数包括：增材速度V为6-12mm/s、摆动宽度W为3-18mm、摆动长度L为4-6mm为和侧边停留距离D为0-1.5mm，其中所述的增材速度为焊枪沿增材路径方向的运动速度。
进一步的，所述镁合金舱体电弧增材制造熔敷层均采用焊枪同步运动增材工艺，相邻熔敷层的增材路径方向相反，相邻熔敷层之间起弧点的间距S为摆动长度L的0.6-1.5倍。
进一步的，所述镁合金舱体内法兰结构厚度T1为3-25mm、筒体厚度T2为3-25mm，其中T1为内法兰厚度、T2为筒体壁厚；所述镁合金舱体为变直径舱体时，优先进行小口径端口的增材制造，将小口径端口处的内法兰作为底部法兰。
进一步的，所述增材制造基板上具有圆柱凸台，凸台直径
Figure BDA0003667458690000031
比底部法兰内孔直径小10-24mm。
进一步的，所述内法兰增材制造时工作平台倾斜角度θ为70-90°。
进一步的，所述底部法兰下表面与增材制造基板A表面之间的距离H为25-50mm，底部法兰直径
Figure BDA0003667458690000032
比舱体底部外径大35-60mm。
进一步的，所述的底部法兰与基板之间支撑板所用材料为45钢或Q235不锈钢，支撑板由2个圆弧结构部分组成，圆弧结构边缘夹角α为5-10°，内径
Figure BDA0003667458690000033
比所述的基板圆柱凸台直径
Figure BDA0003667458690000034
大4-16mm，外径
Figure BDA0003667458690000035
比所述的底部法兰直径
Figure BDA0003667458690000036
大6-20mm，高度h比所述的底部法兰下表面与基板表面之间距离H小1-3mm。
本发明提供的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，适用于具有上法兰、下法兰或其他内部法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造。通过倾斜和旋转工作平台在基板圆柱凸台侧面或筒体内壁、采用焊枪同步运动增材工艺进行内法兰结构的增材制造，从而避免样件电弧增材制造过程中存在多道搭接的增材路径，能够有效解决镁合金舱体电弧增材制造过程中，内法兰结构因多道搭接出现的未熔合等内部质量问题。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1焊枪同步运动增材工艺焊枪移动轨迹示意图；
图2镁合金舱体底部法兰增材制造示意图；
图3镁合金舱体中部筒体增材制造示意图；
图4镁合金舱体中部及顶部法兰增材制造示意图；
图5底部法兰与基板之间支撑板示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，适用于具有上法兰、下法兰或其他内部法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造。通过倾斜和旋转工作平台在基板圆柱凸台侧面或筒体内壁、采用焊枪同步运动增材工艺进行内法兰结构的增材制造，从而避免样件电弧增材制造过程中存在多道搭接的增材路径，能够有效解决镁合金舱体电弧增材制造过程中，内法兰结构因多道搭接出现的未熔合等内部质量问题。
实施例1
一种具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，适用于具有上法兰及下法兰结构镁合金变直径舱体的电弧熔丝增材制造。
本实施例提供的一种具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法步骤为：
(1)根据工艺试验及镁合金舱体法兰厚度和舱体壁厚进行焊枪同步运动增材工艺参数的选择与设置；
(2)采用具有圆柱凸台的板材作为增材制造基板，清理并固定基板与工作平台上，倾斜工作平台将圆柱凸台侧面作为电弧增材基准面，通过旋转工作平台进行底部法兰增材制造；
(3)通过将工作平台置于水平，在底部法兰与基板之间填加支撑板并固定，将底部法兰上表面作为增材基准面，进行中部筒体增材制造；
(4)倾斜工作平台，将镁合金舱体中部筒体内壁作为增材基准面，通过旋转工作平台进行中部及顶部法兰增材制造。
所述的焊枪同步运动增材工艺主要参数包括：增材速度V为8mm/s、摆动宽度W为7mm、摆动长度L为4mm为和侧边停留距离D为0mm。
所述的镁合金舱体电弧增材制造熔敷层均采用焊枪同步运动增材工艺，相邻熔敷层的增材路径方向相反，相邻熔敷层之间起弧点的间距S为摆动长度L的1倍。
所述的镁合金舱体内法兰结构厚度T1为6mm、筒体厚度T2为5mm，其中T1为内法兰厚度、T2为筒体壁厚。所述的镁合金舱体为变直径舱体，优先进行小口径端口的增材制造，将小口径端口处的内法兰作为底部法兰。
所述的增材制造基板上应具有圆柱凸台，凸台直径
Figure BDA0003667458690000051
应比底部法兰内孔径小12mm。
所述的内法兰增材制造时工作平台倾斜角度θ为80°。
所述的底部法兰下表面与增材制造基板A表面之间的距离H为35mm，底部法兰直径
Figure BDA0003667458690000052
应比舱体底部外径大40mm。
所述的底部法兰与基板之间支撑板所用材料为45钢，支撑板由2个圆弧结构部分组成，圆弧结构边缘夹角α为5°，内径
Figure BDA0003667458690000053
比所述的基板圆柱凸台直径
Figure BDA0003667458690000054
大4mm，外径
Figure BDA0003667458690000055
比所述的底部法兰直径
Figure BDA0003667458690000056
大10mm，高度h比所述的底部法兰下表面与基板表面之间距离H小1mm。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，适用于具有上法兰、下法兰或其他内部法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造，其特征在于，采用焊枪同步运动增材工艺进行所述镁合金舱体的增材制造，并以具有圆柱凸台的板材作为增材制造基板，通过倾斜、旋转工作平台在基板圆柱凸台侧面或筒体内壁进行内法兰结构的增材制造；筒体制备时工作平台需呈水平状态，在底部法兰与基板之间填加支撑板并固定，在底部法兰上表面进行筒体的增材制造。
2.如权利要求1所述的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据工艺试验及镁合金舱体法兰厚度和舱体壁厚进行焊枪同步运动增材工艺参数的选择与设置；
S2、采用具有圆柱凸台的板材作为增材制造基板，清理并固定基板与工作平台上，倾斜工作平台将圆柱凸台侧面作为电弧增材基准面，通过旋转工作平台进行底部法兰增材制造；
S3、通过将工作平台置于水平，在底部法兰与基板之间填加支撑板并固定，将底部法兰上表面作为增材基准面，进行中部筒体增材制造；
S4、倾斜工作平台，将镁合金舱体中部筒体内壁作为增材基准面，通过旋转工作平台进行中部及顶部法兰增材制造。
3.如权利要求2所述的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，其特征在于，所述焊枪同步运动增材工艺参数包括：增材速度V为6-12mm/s、摆动宽度W为3-18mm、摆动长度L为4-6mm为和侧边停留距离D为0-1.5mm，其中所述的增材速度为焊枪沿增材路径方向的运动速度。
4.如权利要求2所述的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，其特征在于，所述镁合金舱体电弧增材制造熔敷层均采用焊枪同步运动增材工艺，相邻熔敷层的增材路径方向相反，相邻熔敷层之间起弧点的间距S为摆动长度L的0.6-1.5倍。
5.如权利要求2所述的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，其特征在于，所述镁合金舱体内法兰结构厚度T1为3-25mm、筒体厚度T2为3-25mm，其中T1为内法兰厚度、T2为筒体壁厚；所述镁合金舱体为变直径舱体时，优先进行小口径端口的增材制造，将小口径端口处的内法兰作为底部法兰。
6.如权利要求3所述的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，其特征在于，所述增材制造基板上具有圆柱凸台，凸台直径
Figure FDA0003667458680000021
比底部法兰内孔直径小10-24mm。
7.如权利要求2所述的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，其特征在于，所述内法兰增材制造时工作平台倾斜角度θ为70-90°。
8.如权利要求2所述的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，其特征在于，所述底部法兰下表面与增材制造基板A表面之间的距离H为25-50mm，底部法兰直径
Figure FDA0003667458680000022
比舱体底部外径大35-60mm。
9.如权利要求2所述的具有内法兰结构镁合金舱体的电弧增材制造方法，其特征在于，所述的底部法兰与基板之间支撑板所用材料为45钢或Q235不锈钢，支撑板由2个圆弧结构部分组成，圆弧结构边缘夹角α为5-10°，内径
Figure FDA0003667458680000023
比所述的基板圆柱凸台直径
Figure FDA0003667458680000024
大4-16mm，外径
Figure FDA0003667458680000025
比所述的底部法兰直径
Figure FDA0003667458680000026
大6-20mm，高度h比所述的底部法兰下表面与基板表面之间距离H小1-3mm。
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