CN114985762A - 一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属选区激光熔化领域，具体涉及一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，包括(1)切片：对零件三维模型利用切片软件进行切片，得到一系列二维切片文件；(2)成形程序；设置定制化激光工艺参数，使用该参数填充二维切片文件得到成形程序；(3)送粉：筛分并烘干AlMg10合金粉末，随后将其装入选区激光熔化设备的物料仓中；(4)成形：将成形程序导入选区激光熔化设备中，设置成形条件，按程序设定成形AlMg10铝合金零件。本发明中薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件成形厚度可控制在0.1～0.2mm，且精度高，既可应用于定制化薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的制造，也可应用于批量化的工业生产，且材料利用率近100％，成形风险低，良品率高。

Description

一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺
技术领域
本发明涉及金属选区激光熔化技术领域，具体涉及一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺。
背景技术
AlMg10合金化学性质活泼，密度低，是一种极为重要的航天功能材料，薄壁螺旋曲面是一种典型的功能结构，自然地，薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的生产制造成为航天领域迫切的客观需求。目前，针对薄壁螺旋曲面零件的加工方式主要有两种，一种是精密铸造，另一种是精密机加工。然而，由于AlMg10合金属于匀晶成分合金，熔体的流动性差，在凝固时即使施加压力也难以保证熔体充分充型，此外，对于0.1～0.2mm厚度的薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件，铸造工艺也难以保证其厚度的均匀性。同时，AlMg10合金延展性低，属脆性材料，轻微的加工变形很容易导致薄壁开裂，进而导致零件报废。综上，精密铸造和五轴数控铣削精密加工都无法用于生产制造薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件。
选区激光熔化技术是柔性化、数字化、智能化先进制造技术的典型代表之一，又称粉末床熔化技术。其原理是：(1)利用三维设计软件创建零件的三维模型，使用切片软件将三维模型降维成一系列二维切片；(2)在计算机的控制下，刮板在基板上铺设设定厚度的粉末层，激光按照预先设定的路径选择性烧结粉末并与基板或上一沉积层形成冶金结合；(3)当前层烧结完成后，粉末床下降一个粉末层厚度；重复(2)(3)步骤直至所有截面烧结完毕，从而得到与三维模型一致的零件。
由于激光与粉末作用形成的熔池小(微米级)、激光精度高，选区激光熔化技术特别适用于精密复杂结构件的生产制造。本发明基于选区激光熔化技术，提出一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的制造工艺，可实现低风险、高精度、无模具制造薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，有效的解决了上述背景中提及的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，该成形工艺包括以下步骤：
(1)切片：对零件三维模型利用切片软件进行切片，得到一系列二维切片文件；
(2)成形程序；设置定制化激光工艺参数，使用该参数填充二维切片文件得到成形程序；
(3)送粉：筛分并烘干AlMg10合金粉末，随后将其装入选区激光熔化设备的物料仓中；
(4)成形：将成形程序导入选区激光熔化设备中，设置成形条件，按程序设定成形AlMg10铝合金零件。
优选的，所述AlMg10铝合金零件的薄壁螺旋曲面厚度为0.1～0.2mm。
优选的，在选区激光熔化成形前，调校选区激光熔化设备：将激光光斑直径设置为0.07～0.09mm，激光功率测试值与对应设定功率误差不超过±5W，激光扫描振镜精度≤70μm。
优选的，步骤(1)中，所述二维切片文件的切片厚度为0.015～0.03mm。
优选的，步骤(2)中，所述激光工艺参数为：激光功率设置为55～95W，激光扫描速度设置为1100～1700mm/s，道间距设置为0.11～0.17mm，激光扫描路径设定为Spiral，即螺旋线路径。
优选的，步骤(3)中，筛分措施为：AlMg10合金粉末通过No.200#筛，且一次通过率≥95％，粉末呈规则球形，粒度均匀一致，无目视可见的夹杂物。
优选的，步骤(3)中，烘干措施为：AlMg10合金粉末在真空烘干机中烘干，控制真空度＜10-2Pa，烘干温度为80～120℃，烘干时间≥1h。
优选的，步骤(4)中，所述成形条件为：成形室氧含量＜0.03％，风场流速≤0.5m/s。
(三)有益效果
与传统薄壁螺旋曲面零件制造工艺相比，本发明提供了一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，具备以下有益效果：
1、采用精密铸造工艺制造薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件，需要特制模具，研发与制造成本高，不仅成形薄壁厚度难以达到0.2mm以内，而且薄壁厚度均匀性和精度较低，采用本发明工艺制造薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件，无需模具，成形厚度可控且精度高，既可应用于定制化薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的制造，也可应用于批量化的工业生产；
2、采用五轴数控铣削加工制造薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件，不仅材料利用率低，易造成浪费，导致生产成本居高不下，而且易导致脆性的AlMg10合金薄壁开裂，使零件报废，采用本发明工艺制造薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件，材料利用率近100％，而且成形风险低，良品率高；
3、本发明工艺具有较宽的薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件成形能力，既可用于致密完整薄壁曲面零件的成形，也可用于疏松完整薄壁螺旋曲面零件的成形，疏松程度可达到透光效果。
附图说明
图1为本发明薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺图；
图2为本发明薄壁螺旋曲面二维截面路径图；
图3为本发明薄壁螺旋曲面二维截面路径放大图；
图4为本发明实施例1中合金零件的金相图；
图5为本发明实施例4中合金零件的金相图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
调校选区激光熔化成形设备：将激光光斑直径设置为0.07～0.09mm，激光功率测试值与对应设定功率误差不超过±5W，激光扫描振镜精度≤70μm。使用切片软件将零件三维模型切分成厚度为0.015mm的二维切片。激光功率设置为85W，激光扫描速度设置为1300mm/s，道间距设置为0.11mm，激光扫描路径设定螺旋线路径。使用No.200#筛网筛分AlMg10合金粉末(一次通过率≥95％，粉末呈规则球形，粒度均匀一致，无目视可见的夹杂物)，然后将AlMg10合金粉末置于真空烘干机中烘干1h(真空度＜10-2Pa，烘干温度设置为100℃)，将烘干后的AlMg10合金粉末送粉至选区激光熔化设备的物料仓中。待选区激光熔化设备成形室氧含量＜0.03％，风场流速≤0.5m/s时，开始成形薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件。
工艺参数设定为激光功率85W、扫描速度1300mm/s、道间距0.11mm、二维切片层厚0.015mm，选区激光熔化成形的薄壁螺旋曲面零件厚度为0.16mm，AlMg10合金零件的薄壁结构致密且完整。
实施例2
以实施例1为参照，仅对激光工艺参数作出如下改动：
工艺参数设定为激光功率75W、扫描速度1100mm/s、道间距0.13mm，制得的AlMg10合金零件的薄壁结构致密且完整。
实施例3
以实施例1为参照，仅对激光工艺参数作出如下改动：
工艺参数设定为激光功率80W、扫描速度1200mm/s、道间距0.12mm，制得的AlMg10合金零件的薄壁结构致密且完整。
实施例4
调校选区激光熔化成形设备：将激光光斑直径设置为0.07～0.09mm，激光功率测试值与对应设定功率误差不超过±5W，激光扫描振镜精度≤70μm。使用切片软件将零件三维模型切分成厚度为0.015mm的二维切片。激光功率设置为65W，激光扫描速度设置为1300mm/s，道间距设置为0.15mm，激光扫描路径设定螺旋线路径。使用No.200#筛网筛分AlMg10合金粉末(一次通过率≥95％，粉末呈规则球形，粒度均匀一致，无目视可见的夹杂物)，然后将AlMg10合金粉末置于真空烘干机中烘干1h(真空度＜10-2Pa，烘干温度设置为100℃)，将烘干后的AlMg10合金粉末送粉至选区激光熔化设备的物料仓中。待选区激光熔化设备成形室氧含量＜0.03％，风场流速≤0.5m/s时，开始成形薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件。
工艺参数设定为激光功率65W、扫描速度1300mm/s、道间距0.15mm、二维切片层厚0.015mm，选区激光熔化成形的薄壁螺旋曲面零件厚度为0.14mm，AlMg10合金零件的薄壁结构疏松且完整，使用灯光照射薄壁结构，可见部分光线透过薄壁。
实施例5
以实施例4为参照，仅对激光工艺参数作出如下改动：
工艺参数设定为激光功率55W、扫描速度1700mm/s、道间距0.17mm，制得的AlMg10合金零件的薄壁结构疏松且完整，使用灯光照射薄壁结构，可见部分光线透过薄壁。
实施例6
以实施例4为参照，仅对激光工艺参数作出如下改动：
工艺参数设定为激光功率60W、扫描速度1500mm/s、道间距0.16mm，制得的AlMg10合金零件的薄壁结构疏松且完整，使用灯光照射薄壁结构，可见部分光线透过薄壁。
实施例7
调校选区激光熔化成形设备：将激光光斑直径设置为0.07～0.09mm，激光功率测试值与对应设定功率误差不超过±5W，激光扫描振镜精度≤70μm。使用切片软件将零件三维模型切分成厚度为0.02mm的二维切片。激光功率设置为85W，激光扫描速度设置为1300mm/s，道间距设置为0.15mm，激光扫描路径设定螺旋线路径。使用No.200#筛网筛分AlMg10合金粉末(一次通过率≥95％，粉末呈规则球形，粒度均匀一致，无目视可见的夹杂物)，然后将AlMg10合金粉末置于真空烘干机中烘干1h(真空度＜10-2Pa，烘干温度设置为100℃)，将烘干后的AlMg10合金粉末送粉至选区激光熔化设备的物料仓中。待选区激光熔化设备成形室氧含量＜0.03％，风场流速≤0.5m/s时，开始成形薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件。
工艺参数设定为激光功率85W、扫描速度1300mm/s、道间距0.15mm、二维切片层厚0.02mm，选区激光熔化成形的薄壁螺旋曲面零件厚度为0.15mm，AlMg10合金零件薄壁结构致密且完整。
实施例8
以实施例7为参照，仅对激光工艺参数作出如下改动：
工艺参数设定为激光功率75W、扫描速度1100mm/s、道间距0.13mm，制得的AlMg10合金零件的薄壁结构致密且完整。
实施例9
以实施例7为参照，仅对激光工艺参数作出如下改动：
工艺参数设定为激光功率80W、扫描速度1200mm/s、道间距0.14mm，制得的AlMg10合金零件的薄壁结构致密且完整。
本申请文件中使用到各类部件均为标准件，可以从市场上购买，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉和焊接等常规手段，机械、零件和电器设备均采用现有技术中的常规型号。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，其特征在于，该成形工艺包括以下步骤：
(1)切片：对零件三维模型利用切片软件进行切片，得到一系列二维切片文件；
(2)成形程序；设置定制化激光工艺参数，使用该参数填充二维切片文件得到成形程序；
(3)送粉：筛分并烘干AlMg10合金粉末，随后将其装入选区激光熔化设备的物料仓中；
(4)成形：将成形程序导入选区激光熔化设备中，设置成形条件，按程序设定成形AlMg10铝合金零件。
2.如权利要求1所述的一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，其特征在于，所述AlMg10铝合金零件的薄壁螺旋曲面厚度为0.1～0.2mm。
3.如权利要求1所述的一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，其特征在于，在选区激光熔化成形前，调校选区激光熔化设备：将激光光斑直径设置为0.07～0.09mm，激光功率测试值与对应设定功率误差不超过±5W，激光扫描振镜精度≤70μm。
4.如权利要求1所述的一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述二维切片文件的切片厚度为0.015～0.03mm。
5.如权利要求1所述的一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述激光工艺参数为：激光功率设置为55～95W，激光扫描速度设置为1100～1700mm/s，道间距设置为0.11～0.17mm，激光扫描路径设定为螺旋线路径。
6.如权利要求1所述的一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，其特征在于，步骤(3)中，筛分措施为：AlMg10合金粉末通过No.200#筛，且一次通过率≥95％，粉末呈规则球形，粒度均匀一致，无目视可见的夹杂物。
7.如权利要求1所述的一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，其特征在于，步骤(3)中，烘干措施为：AlMg10合金粉末在真空烘干机中烘干，控制真空度＜10-2Pa，烘干温度为80～120℃，烘干时间≥1h。
8.如权利要求1所述的一种薄壁螺旋曲面AlMg10合金零件的成形工艺，其特征在于，步骤(4)中，所述成形条件为：成形室氧含量＜0.03％，风场流速≤0.5m/s。
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