CN115502411B - 燃油导管的整体化精准制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃油导管的整体化精准制造方法，属于材料加工制造领域。本发明利用激光选区熔化制造技术的柔性好、待加工零件结构适应性强、零件的整体性好等特点，依据待加工零件的结构特点，通过合理设计燃油导管的制造过程的摆放与激光扫描路径，提高其制造精度；同时，优化支撑类型的选用与空间排布，抑制其制造过程产生的变形；最终实现整体燃油导管的精准化制造，提高燃油导管的制造精度及整体性。本发明采用整体化制造技术，具有工艺路径规划自由度高、成形能力柔性好的优点，能够实现整体化构件的快速制造成形，且成形的构件具有致密度高、表面质量高等优点，其技术指标满足使用指标要求，符合其功能性能使用要求。

Description

燃油导管的整体化精准制造方法

技术领域

本发明属于材料加工制造领域，涉及一种燃油导管的整体化精准制造方法。

背景技术

燃油导管作为飞机中重要的能源输送的系统件，其制造质量决定着飞机中动力系统运行的稳定性，也影响着飞机使用的安全性。目前，飞机的燃油导管制造主要采用中间部位的三通铸件以及两端的锻件法兰盘通过焊接连接成形。然而，由于铸件本身焊接性能较差，易引起焊后焊道的开裂，给后续的使用造成隐患，而且焊接形成的接头背透存在于管腔内部，空间受限不能进行二次加工，对单面焊双面成形的焊接工艺提出更高的要求，此外，焊道背面位于燃油导管内部，背面余高在管道内壁形成的突起减小了管道内部空腔的直径，导致管道内部燃油的流动性阻力增大，影响流动的顺畅程度，以及燃油供给的持续性与稳定性。因此，为了满足飞机对燃油导管的使用要求，针对焊道背面余高对燃油在管道内输送的影响，提了一种切实有效的整体化制造方法，是提升燃油导管使用性能的重要途径。

发明内容

本发明针对飞机用燃油导管采用焊接连接后，位于管内壁的焊道背面不能进行二次加工而留在管腔内壁，其余高影响燃油输送稳定性问题，提供了一种燃油导管的整体化精准制造方法。本发明利用激光选区熔化制造技术的柔性好、待加工零件结构适应性强、零件的整体性好等特点，依据待加工零件的结构特点，通过合理设计燃油导管的制造过程的摆放与激光扫描路径，提高其制造精度；同时，优化支撑类型的选用与空间排布，抑制其制造过程产生的变形；最终实现整体燃油导管的精准化制造，提高燃油导管的制造精度及整体性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种燃油导管的整体化精准制造方法，该方法所制造的燃油导管包括导管段1、外轮廓树枝状支撑3、内轮廓网状支撑4、上法兰盘5、下法兰盘6和横筒7，其中，导管段1两端分别连接上法兰盘5和下法兰盘6，且导管段1与上法兰盘5和下法兰盘6的连接处均设有外轮廓树枝状支撑3，横筒7位于导管段1的中间段，其内设内轮廓网状支撑4，基础板2位于下法兰盘6下方；对燃油导管进行三维模型分层切片后，形成下层分层切片8和上层分层切片10，两层切片的加工起始点分别为下层加工起始点9和上层加工起始点11，将下层分层切片8的圆心分别与下层加工起始点9和上层加工起始点在下层的投影12相连，两条连线所形成的夹角为α；所述方法包括如下步骤：

步骤1，根据所需的燃油导管的外形特点，精准确定零件的空间摆放位置，具体的：利用三维制图软件中的质心模块确定待加工燃油导管的质心位置并设定为点C，选取燃油导管最长圆筒轴线的平行线设定为AA’，直线AA’通过燃油导管质心点C且垂直于基础板2。

步骤2，制作零件三维模型，设计支撑形式及支撑位置，具体的：依据步骤1确定出的零件空间摆放位置，以预设的直线AA’垂直于三维建模软件空间坐标系的XOY平面，重新建立零件建模坐标系，制作零件三维模型；支撑形式及支撑位置设计方法为以燃油导管的整体外轮廓为边界，外轮廓上的支撑选用刚性较好的树枝状支撑，防止零件变形，保证燃油导管整体外形轮廓，外轮廓内部支撑选用空心的网状支撑保证零件局部特征的稳定成形。

步骤3，进行三维模型分层切片，获取加工路径程序；具体的：采用路径规划软件将燃油导管三维模形以空间垂直于AA’直线且平行于基础板2的平面分层切片后转化为加工设备所用的语言，输入到加工设备的运行控制器中，分层切片的厚度为20～100μm，同时为了防止燃油导管制造过程中层与层之间的起始点为同一位置而导致的坍塌，上一层的起始点相对于下一层起始点应旋转角度α为50°～70°。

步骤4，筛选和干燥加工燃油导管所用的粉末，并根据步骤2制作的三维模型，选定比零件外形略大且能放入增材设备中的基础板2，粉末同基础板2一同放入增材设备中，根据步骤3获取的加工路径程序启动加工成形工作，其中，筛选粉末为依据零件重量，预估所用粉末重量，结合所用设备成形腔体尺寸，以1:1.5倍质量称出所用粉末，采用235目筛进行筛粉，烘干粉末需要在热处理炉中进行，所用的烘干温度为200℃～300℃，保温时长为1～3小时。

步骤5，零件成形后，去除零件周围及空腔部位的粉末，连同基础板2放入热处理炉中进行去应力退火，最后采用线切割工艺去除支撑，并将残留支撑打磨清理，完成燃油导管的精准制造，其中，去应力退火工艺去除零件的整体内应力，保证支撑去除后的轮廓外形，完成燃油导管的最终制造。

进一步的，所述的基础板2的材料应与燃油导管所用材料同属一个系列，且采用机械加工手段将其表面打磨铣平，并用丙酮对其表面擦拭去除油污，而后利用具有快速蒸发特点的酒精擦拭基础板2表面保持基础2板表面的干燥。

本发明的有益效果：

本发明采用整体化制造技术，具有工艺路径规划自由度高、成形能力柔性好的优点，能够实现整体化零件的快速制造成形，且成形的零件致密度高、表面质量高等优点，其技术指标满足使用指标要求，符合其功能性能使用要求，本发明的具体优点如下：

1、激光选区熔化成形整体制造技术，可以实现逐层扫描成形，实现零件在惰性气体保护下的一体化制造，内部冶金质量高、外部表面质量高、零件成形精度高。

2、激光选区熔化成形技术的自身优势，可以实现设计的最优思想，解决传统工艺无法制造的难题。采用激光选区熔化成形整体制造技术，可以减少零件的中间制造过程，缩短研制周期。

3、激光选区熔化成形整体制造技术，零件的性能均匀，可成形传统制造技术无法成形的结构，减少焊接、铆接以及胶接等连接工序，零件生产合格率显著提高。

附图说明

图1为燃油导管示意图。

图2为加工路径设计示意图。

图中：1导管段；2基础板；3外轮廓树枝状支撑；4内轮廓网状支撑；5上法兰盘；6下法兰盘；7横筒；8下层分层切片；9下层加工起始点；10上层分层切片；11上层加工起始点；12上层加工起始点在下层的投影。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例

一种燃油导管的整体化精准制造方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，根据所需的燃油导管的外形特点，精准确定零件的空间摆放位置，具体的：利用三维制图软件中的质心模块确定待加工燃油导管的质心位置并设定为点C，选取燃油导管最长圆筒轴线的平行线设定为AA’，直线AA’通过燃油导管质心点C且垂直于基础板2。

步骤2，制作零件三维模型，设计支撑形式及支撑位置，具体的：依据步骤1确定出的零件空间摆放位置，以预设的直线AA’垂直于三维建模软件空间坐标系的XOY平面，重新建立零件建模坐标系，制作零件三维模型；支撑形式及支撑位置设计方法为以燃油导管的整体外轮廓为边界，外轮廓上的支撑选用刚性较好的树枝状支撑，防止零件变形，保证燃油导管整体外形轮廓，外轮廓内部支撑选用空心的网状支撑保证零件局部特征的稳定成形。

步骤3，进行三维模型分层切片，获取加工路径程序；具体的：采用路径规划软件将燃油导管三维模形以空间垂直于AA’直线且平行于基础板2的平面分层切片后转化为加工设备所用的语言，输入到加工设备的运行控制器中，分层切片的厚度为20～100μm，同时为了防止燃油导管制造过程中层与层之间的起始点为同一位置而导致的坍塌，上一层的起始点相对于下一层起始点应旋转角度α为50°～70°，如图2所示。

步骤4，筛选和干燥加工燃油导管所用的粉末，并根据步骤2制作的三维模型，选定比零件外形略大且能放入增材设备中的基础板2，粉末同基础板2一同放入增材设备中，根据步骤3获取的加工路径程序启动加工成形工作，其中，筛选粉末为依据零件重量，预估所用粉末重量，结合所用设备成形腔体尺寸，以1:1.5倍质量称出所用粉末，采用235目筛进行筛粉，烘干粉末需要在热处理炉中进行，所用的烘干温度为200℃～300℃，保温时长为1～3小时。

步骤5，零件成形后，去除零件周围及空腔部位的粉末，连同基础板2放入热处理炉中进行去应力退火，最后采用线切割工艺去除支撑，并将残留支撑打磨清理，完成燃油导管的精准制造，其中，去应力退火工艺去除零件的整体内应力，保证支撑去除后的轮廓外形，完成燃油导管的最终制造。

该燃油导管的整体化精准制造方法的具体实施步骤如下：

1、工艺准备：

1)筛选粉末，依据零件重量，预估所用粉末重量，结合所用设备成形腔体尺寸，称出所用粉末，采用235目筛进行筛粉。

2)烘干粉末，将经过筛选合格的粉末，放入热处理炉中进行烘干，参数为250℃，时间为3h。

3)清理设备，对设备进行清理，去除设备周围的金属熏镀颜色，清理保护镜片。

4)准备基础板2，按照设备成形腔的尺寸，零件的尺寸，准备基础板2，材料为铝合金，并将基础板2表面打磨干净，表面无划伤，用丙酮擦拭干净，而后将基础板2放入清理干净的设备成形腔中。

5)冲入氩气，设备清理干净后，将烘干后的粉末放入粉末存储腔内，将设备成形腔抽真空，而后冲入氩气，氩气的氧含量在800ppm。

6)工艺数模，依据构型优化的数模，对模型进行处理，设定法兰盘5、6外轮廓工艺支撑3与横桶7的内轮廓工艺支撑4，并依据零件成形的变形情况，优化工艺支撑，同时增加成形需要的设计补偿余量，为控制变形提供有效控制措施。

7)模拟仿真，成形前，进行模拟仿真，加入力学性能指标要求，功能、性能耦合要求，外形尺寸和轮廓度要求等因素，将仿真结果进行对比，得出满足使用要求的最优仿真结果，为最优的成形参数设定提供理论支撑。

2、成形加工：

在前期模拟仿真基础上，设定最优的成形程序，其中上层分层切片10的加工起始点11在下层分层加工分层切片8上的投影点，即上层加工起始点在下层的投影12应与下层加工起始点9沿圆周旋转夹角α为60°，同时，确定激光功率为400W、成形速度为25mm³/s、分层厚度为30μm，进行逐层累积成形，成形后零件结构如图1所示。

3、后处理：

1)清除粉末，零件成形后，从成形的腔体中，将零件连同基础板2一起取出，去除粘接在零件上和基础板2上的粉末；

2)热处理，将成形零件和基础板2一起放入热处理炉中，进行消除应力热处理，处理温度为250℃，时间为4h；

3)去支撑，采用线切割，从基础板2上切下零件；钳工去除零件上成形的支撑结构，按需局部进行打磨处理。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种燃油导管的整体化精准制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1，根据所需的燃油导管的外形特点，精准确定零件的空间摆放位置，具体的：利用三维制图软件中的质心模块确定待加工燃油导管的质心位置并设定为点C，选取燃油导管最长圆筒轴线的平行线设定为AA’，直线AA’通过燃油导管质心点C且垂直于基础板(2)；

步骤2，制作零件三维模型，设计支撑形式及支撑位置，具体的：依据步骤1确定出的零件空间摆放位置，以预设的直线AA’垂直于三维建模软件空间坐标系的XOY平面，重新建立零件建模坐标系，制作零件三维模型；支撑形式及支撑位置设计方法为以燃油导管的整体外轮廓为边界，外轮廓上的支撑选用刚性较好的树枝状支撑，外轮廓内部支撑选用空心的网状支撑；

步骤3，进行三维模型分层切片，获取加工路径程序；具体的：采用路径规划软件将燃油导管三维模形以空间垂直于AA’直线且平行于基础板(2)的平面分层切片后转化为加工设备所用的语言，输入到加工设备的运行控制器中；

步骤4，筛选和干燥加工燃油导管所用的粉末，并根据步骤2制作的三维模型，选定比零件外形大且能放入增材设备中的基础板(2)，粉末同基础板(2)一同放入增材设备中，根据步骤3获取的加工路径程序启动加工成形工作；其中，筛选粉末为依据零件重量预估所用粉末重量，结合所用设备成形腔体尺寸，以1:1.5倍质量称出所用粉末，烘干粉末需要在热处理炉中进行；

步骤5，零件成形后，去除零件周围及空腔部位的粉末，连同基础板(2)放入热处理炉中进行去应力退火，最后采用线切割工艺去除支撑，并将残留支撑打磨清理，完成燃油导管的精准制造。

2.根据权利要求1所述的一种燃油导管的整体化精准制造方法，其特征在于，所述的步骤3中，分层切片的厚度为20～100μm。

3.根据权利要求1所述的一种燃油导管的整体化精准制造方法，其特征在于，所述的步骤3中，为了防止燃油导管制造过程中层与层之间的起始点为同一位置而导致的坍塌，上一层的起始点相对于下一层起始点应旋转角度α为50°～70°。

4.根据权利要求1所述的一种燃油导管的整体化精准制造方法，其特征在于，所述的步骤4中，采用235目筛进行筛粉。

5.根据权利要求1所述的一种燃油导管的整体化精准制造方法，其特征在于，所述的步骤4中，烘干粉末所用的烘干温度为200℃～300℃，保温时长为1～3小时。

6.根据权利要求1所述的一种燃油导管的整体化精准制造方法，其特征在于，所述的基础板(2)的材料与燃油导管所用材料同属一个系列，且对其表面进行打磨铣平、清洗。