JP2022105482A - 挟層直溝環状部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】性能が高く、低表面粗さが低く、成形精度が高く、挟層直溝環状部材の製造方法を開示する。【解決手段】レーザ溶融積層成形に適用される挟層直溝環状部材の三次元モデルを構築し、スライスソフトウェアプラットフォームにおけるレーザ溶融積層成形のプロセスパラメータ及びレーザ切断除去製造のプロセスパラメータを設定し、成長方向を確定した後、挟層直溝環状部材の三次元モデルを配置し、それを設定されたスライスソフトウェアプラットフォームに導入してスライス処理を行い、不活性ガスの保護下で付加・除去製造を行い、成形終了後にチャンバ内の粉末を回収し、分離していない挟層直溝環状部材及び基板をアニール処理し、ワイヤカットにより基板と挟層直溝環状部材を分離し、挟層直溝環状部材を最終熱処理する。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、付加製造の技術分野に関し、具体的には、挟層直溝環状部材の製造方法に関する。

レーザ溶融積層成形は、デジタル技術、製造技術、レーザ技術をまとめた先端製造技術として、従来の製造技術に比べて、金型の必要がなく、材料利用率が高く、総合機械特性に優れ、加工周期が短いなどの利点を有し、航空宇宙分野で幅広く使用されている。しかし、成形物の表面が粗く、サイズ精度が低いため、直接使用の要求を満たすことができない。特に、挟層直溝環状部材は、挟層直溝構造に加工欠陥が形成されやすく、次の処理を行うことができない。そのため、レーザ溶融積層成形とレーザ切断除去とを組み合わせた製造技術により挟層直溝環状部材全体の製造を行うことは大きい応用の見込みを有する。

挟層直溝環状部材は、現在鍛造＋機械加工＋溶接法により製造されており、鍛造品をブランクとして採用し、機械加工とフライス加工により流路構造を形成し、製造後に溶接することにより得られる。基体材料に比べ、溶接部の強度が低く、溶接部の割れ現象が頻繁に見られ、部材の信頼性が大きく低下する。

本発明解が解決しようとする課題は、従来技術の不足を解決するために、挟層直溝環状部材の製造方法を提供することである。この方法により得られた環状部材は、性能が高く、サイズ精度が高く、低表面粗さが低いため、挟層直溝環状部材の製造に新しい方法を提供する。

本発明の目的は以下の技術案により達成される。
挟層直溝環状部材の製造方法であって、
前記挟層直溝環状部材の形状は中空円柱状であり、前記挟層直溝環状部材の材料はステンレス鋼であり、前記挟層直溝環状部材の高さは６００ｍｍ以上であり、前記挟層直溝環状部材の外径は６００ｍｍ以上であり、前記挟層直溝環状部材の壁厚さは１５～３０ｍｍであり、前記挟層直溝環状部材の内側壁には周方向に沿って複数の第１通孔が均等に分布し、前記第１通孔は前記挟層直溝環状部材の軸方向に沿って延在し、前記挟層直溝環状部材の第１通孔の断面の輪郭は前記挟層直溝環状部材の断面の一部であり、前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔の径方向サイズは４～８ｍｍであり、周方向角度は６～３０°であり、
基板を提供し、前記基板の形状は中空円柱であり、前記基板の底端にはノッチが形成され、前記ノッチの数は前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔の数に一致し、前記ノッチの位置は前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔の位置に対応し、前記基板の内外径は成形される前記挟層直溝環状部材の内外径に一致し、
前記方法は、以下のステップを含み、
（１）モデリングソフトウェアＰｒｏ／ｅｎｇｉｎｅｅｒ又はＵＧにより成形される前記挟層直溝環状部材の三次元モデルを構築し、そして、前記挟層直溝環状部材の三次元モデルの外面に対して前記挟層直溝環状部材の三次元モデルの法線方向に沿って厚みを２～４ｍｍ増加させ、前記挟層直溝環状部材の三次元モデルの底部の長さを６～１５ｍｍ増加させ、これによって前記基板を作製し、モデルを構築した後、前記挟層直溝環状部材の三次元モデルをＳＴＬ形式として導出し、導出精度は０．００５ｍｍ以上であり、
（２）ステップ（１）で構築された前記挟層直溝環状部材の三次元モデルを前記挟層直溝環状部材の三次元モデルの軸方向に沿ってスライスし、Ｎ枚のスライスを取得し、Ｎが１より大きい正整数であり、１枚目のスライスは成形される前記挟層直溝環状部材の最底端であり、Ｎ枚目のスライスは成形される前記挟層直溝環状部材の最頂端であり、それぞれのスライスは第２通孔を有し、それぞれのスライスの厚みは０．５～１ｍｍであり、
（３）ステップ（１）で作製された前記基板上に１枚目のスライスのレーザ溶融積層成形を行い、１枚目のスライスが成形された後、１枚目のスライス上に２枚目の前記スライスのレーザ溶融積層成形を行い、２枚目の前記スライスが成形された後、２枚目のスライス上に３枚目のスライスのレーザ溶融積層成形を行い、ｉ枚の前記スライスの成形が完成するまで繰り返し、ここで、ｉ＝１，２，３...Ｎ－２であり、ｉが１以上の正整数であり、成形されたスライスの総厚みは１ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下であり、
（４）ステップ（３）で得られたそれぞれのスライスの前記第２通孔が成形される前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（３）で得られたそれぞれのスライスの前記第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行い、
（５）ステップ（４）で得られた前記スライス上にｉ＋１枚目のスライスのレーザ溶融積層成形を行い、
（６）ステップ（５）で得られたｉ＋１枚目のスライスの前記第２通孔が成形される前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（５）で得られたｉ＋１枚目のスライスの前記第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行い、
（７）ステップ（６）で得られたｉ＋１枚目のスライス上にｉ＋２枚目のスライスのレーザ溶融積層成形を行い、
（８）ステップ（７）で得られたｉ＋２枚目のスライスの前記第２通孔が成形される前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（７）で得られたｉ＋２枚目のスライスの前記第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行い、
上記のように繰り返し、
（９）ステップ（８）で得られたｉ＋２枚目のスライス上にＮ枚目のスライスのレーザ溶融積層成形を行い、
（１０）Ｎ枚目のスライスの前記第２通孔が成形される前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（９）で得られたＮ枚目のスライスの前記第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行い、
（１１）ステップ（１０）で得られたそれぞれのスライス及び前記基板をアニール処理し、アニール処理後に、前記基板及び前記スライスを分離し、それぞれのスライスと前記基板との分離を完成し、
アニール処理の温度は４５０℃～５６０℃であり、４５０℃～５６０℃の条件下でそれぞれのスライス及び前記基板を４～６時間保温し、そして保温後のそれぞれの前記スライス及び前記基板を空冷し、
ワイヤカットにより前記基板及び前記スライスを分離し、前記ワイヤカットのパラメータは、前記ワイヤカットを行うパルス波形：矩形、パルス幅：２５μｓ～５０μｓ、パルス間隔：１５μｓ～２５０μｓ、電流：３Ａ～６Ａであり、
（１２）ステップ（１１）で分離されたそれぞれのスライスを熱処理し、成形される前記挟層直溝環状部材全体の製造を完成し、前記挟層直溝環状部材を得る、製造方法。

レーザ溶融積層成形プロセスのパラメータは、レーザパワー：２６００Ｗ～３０００Ｗ、レーザスポットサイズ：３～６ｍｍ、走査速度：８００ｍｍ／ｍｉｎ～１１００ｍｍ／ｍｉｎ、走査ピッチ：２ｍｍ～２．５ｍｍ、粉末供給量：２０ｇ／ｍｉｎ～３０ｇ／ｍｉｎ、各層の厚み：０．５ｍｍ～１ｍｍである。

レーザ除去成形プロセスのパラメータは、レーザパワー：２６００Ｗ～３０００Ｗ、レーザスポットサイズ：０．２～０．８ｍｍ、走査速度：６００ｍｍ／ｍｉｎ～１５００ｍｍ／ｍｉｎ、補助ガス圧力：０．６Ｍｐａ～１．８Ｍｐａ、レーザ除去成形過程に使用される不活性ガス、例えば、アルゴンガスを用いて保護し、酸素含有量が１０００ＰＰＭ未満に要求される。

分離されたそれぞれのスライスを熱処理する際に、分離されたそれぞれの前記スライスに対して順に固溶化処理、低温処理及び焼戻し処理を行う。

分離されたそれぞれのスライスを固溶化処理する際に、圧力が１０^－３Ｐａ以下であり、温度が１０５０℃～１１３０℃であり、保温時間が２～４時間であり、不活性ガスを補充して保温後のそれぞれのスライスを冷却する。

固溶化処理されたそれぞれのスライスを低温処理する際に、温度が－７０℃～－８０℃であり、保温時間が３．５－４．５時間であり、保温後のそれぞれのスライスを室温に回復させる。

低温処理されたそれぞれのスライスを焼戻し処理する際に、温度が２５０℃～３２０℃であり、保温時間が３－６時間であり、保温後のそれぞれのスライスを室温に空冷する。

本発明は、従来技術に比べて以下の有益な効果を有する。
（１）レーザ付加・除去により挟層直溝環状部材の全体を製造し、三次元モデルにより挟層直溝環状部材の高精度のニアネットシェイプ成形を達成し、レーザ溶融積層成形の応用範囲を大幅に広め、鍛造＋機械加工＋溶接法に比べ、周期が半分以上減少され、１台のレーザ付加・除去設備だけで成形プロセス全体を完成できるため、コストが大幅に削減される。

（２）レーザ溶融積層成形により全体的に製造された挟層直溝環状部材は、内部にマクロ偏析がなく、異なる部位の組織構造に明らかな違いがなく、内部組織の結晶粒が微細であり、機械的特性に優れ、鍛造基準の要求を完全に満たすことができる。

（３）本発明は挟層直溝環状部材の製造方法を開示する。この方法は、以下のステップを含む。即ち、レーザ溶融積層成形に適用される挟層直溝環状部材の三次元モデルを構築すし、材料の特性に応じてスライスソフトウェアプラットフォームにおけるレーザ溶融積層成形のプロセスパラメータ及びレーザ切断除去製造のプロセスパラメータを設定し、成長方向を確定した後、挟層直溝環状部材の三次元モデルを配置し、それを設定されたスライスソフトウェアプラットフォームに導入してスライス処理を行い、不活性ガスの保護下で付加・除去製造を行い、成形終了後にチャンバ内の粉末を回収し、分離していないそれぞれのスライス及び基板をアニール処理し、ワイヤカットにより基板とそれぞれのスライスを分離し、分離されたそれぞれのスライスを最終熱処理し、最終的な挟層直溝環状部材を得る。本発明で得られた挟層直溝環状部材は性能が高く、低表面粗さが低く、成形精度が高く、挟層直溝環状部材の最終的な製造のために新しい方法を提供する。

以下の好ましい実施形態の記載により、様々な他の利点及び優位性は当業者にとって明確になる。図面は好ましい実施形態のみを示しており、本発明を制限するものではない。図面全体において、同じ符号で同じ部品を表す。

本発明の実施例で提供される挟層直溝環状部材の三次元モデルの模式図である。 本発明の実施例で提供される挟層直溝環状部材の三次元モデルの別の模式図である。 本発明の実施例で提供される挟層直溝環状部材の成形態様の模式図である。 本発明の実施例で提供される挟層直溝環状部材の成形態様の別の模式図である。 本発明の実施例で提供される挟層直溝環状部材の成形に使用される基板の模式図である。 本発明の実施例で提供される挟層直溝環状部材の成形に使用される基板の別の模式図である。

以下、図面を参照しながら本発明の例示的な実施例を詳しく説明する。図面に本発明の例示的な実施例が示されるが、様々な態様で発明を実施することができ、本明細書に記載の実施例に制限されないことが理解され得る。また、これらの実施例は、本発明をより良く理解し、本発明の範囲を完全に当業者に伝えるためのものである。矛盾しない限り、本発明の実施例及び実施例における特徴は互いに組み合わせることができる。以下、図面及び実施例により本発明を詳しく説明する。

本実施例は、挟層直溝環状部材の製造方法を提供する。図１ａ、図１ｂ、図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂに示すように、この方法は以下のステップを含む。
（１）レーザ溶融積層成形に適用される挟層直溝環状部材の三次元モデルを構築する。
（２）スライスソフトウェアプラットフォームにおけるレーザ溶融積層成形のプロセスパラメータ及びレーザ切断除去製造のプロセスパラメータを設定する。
（３）成長方向を確定した後、挟層直溝環状部材の三次元モデルを配置し、挟層直溝環状部材の三次元モデルを設定されたスライスソフトウェアプラットフォームに導入してスライス処理を行う。
（４）不活性ガスの保護下で、スライス処理された挟層直溝環状部材の三次元モデルを付加・除去成形する。
（５）成形終了後、チャンバ内の粉末を回収し、分離していない挟層直溝環状部材及び基板をアニール処理する。
（７）ワイヤカットにより基板と挟層直溝環状部材とを分離する。
（８）挟層直溝環状部材を最終熱処理する。

ステップ（１）において、モデリングソフトウェアＰｒｏ／ｅｎｇｉｎｅｅｒ又はＵＧにより挟層直溝環状部材の三次元モデルを設計する。挟層直溝環状部材の三次元モデルの外面全体に対して、挟層直溝環状部材の三次元モデル法線方向に沿って２ｍｍの厚み取り代（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｌｌｏｗａｎｃｅ）を増加し、挟層直溝環状部材の三次元モデルの下面全体に対して平坦化処理を行い、６ｍｍの底部取り代を添加する。モデル構築した後、挟層直溝環状部材の三次元モデルをＳＴＬ形式として導出する。導出精度は０．００５ｍｍ以上である。具体的には、図２ａ、図２ｂに示す挟層直溝環状部材を描く。環壁の厚みは１７ｍｍ，挟層直溝環状部材の厚みは４ｍｍであり、幅面全体はサイズが６００ｍｍ×６００ｍｍのフレーム枠であり、成長方向の高さは６０６ｍｍである。

ステップ（２）において、スライスソフトウェアプラットフォームを設定する際に、高強度ステンレス鋼材料の特性に応じてスライスソフトウェアプラットフォームにおけるレーザ溶融積層成形のプロセスパラメータ及びレーザ切断除去製造のプロセスパラメータを設定する。レーザ溶融積層成形プロセスパラメータは、レーザパワー２６００Ｗ～３０００Ｗ、レーザスポットサイズ４～６ｍｍ、走査速度８００ｍｍ／ｍｉｎ～１１００ｍｍ／ｍｉｎ、走査ピッチ２ｍｍ～２．５ｍｍ、粉末供給量２０ｇ／ｍｉｎ～３０ｇ／ｍｉｎ、ザスポットサイズ０．２～０．８ｍｍ、走査速度６００ｍｍ／ｍｉｎ～１５００ｍｍ／ｍｉｎ、補助ガス圧力０．６Ｍｐａ～１．８Ｍｐａである。走査する際に、まずスライス領域の輪郭部分を走査し、さらに「之」字状で内部充填領域を走査し、層間の位相角は９０°であり、１層の領域を走査した後、レーザ溶融積層用の粉末フィーダーをオフにし、補助ガススイッチをオンにし、挟層直溝のレーザ切断を行う。切断終了後、補助ガススイッチをオフにし、粉末フィーダーを起動し、次の層のレーザ溶融積層成形を行う。挟層直溝環状部材の初期成形段階では、直溝のレーザ切断を行わず、部品が高さ１ｍｍ以上に成形した後、直溝のレーザ切断とレーザ溶融積層成形とを組み合わせて実行する。

ステップ（３）において、取り代が添加された挟層直溝環状部材のモデルを三次元モデル処理ソフトウェアに導入し、図２ａ、図２ｂに示すように、モデルの成長方向（即ち、Ｚ方向）を調整し、モデルの配置位置と基板の実際配置位置とを一致させ、モデルと基板とのＸ軸及びＹ軸方向における一致精度を±０．１５に制御し、スライスソフトウェアプラットフォームに導入して剖切を行い、加工プログラムを取得する。

ステップ（４）において、不活性ガスはアルゴンガスであり、成形過程における雰囲気の酸素含有量は１０００ＰＰＭ未満に要求される。設備洗浄機能を起動し、成形チャンバ内における雰囲気の酸素含有量が１０００ＰＰＭ未満になった後、レーザ機能を起動して付加・除去成形を始める。成形過程において成形チャンバ内の酸素含有量が常に１０００ＰＰＭ未満であるようにアルゴンガスを継続的に供給し続ける。

ステップ（５）において、挟層直溝環状部材のレーザ付加・除去製造が完成した後、挟層直溝環状部材を４時間以上冷却してからチャンバドアを開けて挟層直溝環状部材を取り出す。挟層直溝環状部材を取り出した後、挟層直溝環状部材及び基板上の粉末を回収し、分離していない挟層直溝環状部材と基板を同時にアニール熱処理する。アニール処理の方法は、４５０℃～５６０℃で４～６時間保温し、空冷することである。

ステップ（６）において、高速往復ワイヤ放電加工により基板と挟層直溝環状部材をワイヤカットして分離する。分離過程において、高速往復ワイヤが基板面に密接することを確保する。ワイヤカットパラメータは、ワイヤカット装置のパルス波形：矩形、パルス幅：２５μｓ～５０μｓ、パルス間隔：１５μｓ～２５０μｓ、電流：３Ａ～６Ａである。

ステップ（７）において、挟層直溝環状部材を最終熱処理する。（ａ）固溶化処理：圧力が１０^－３Ｐａ以下の真空環境、温度が１０５０℃～１１３０℃の条件下で挟層直溝環状部材を２～４時間保温し、不活性ガスを導入して保温された挟層直溝環状部材を冷却する。（ｂ）低温処理：温度が－７０℃～－８０℃の条件下で、固溶化処理された上記挟層直溝環状部材を４時間±３０分間保温し、そして、保温後の挟層直溝環状部材を室温に回復させる。（ｃ）焼戻し処理：温度が２５０℃～３２０℃の条件下で、低温処理された挟層直溝環状部材を３～６時間保温し、そして、保温後の挟層直溝環状部材を室温に空冷する。

実施例
高強度ステンレス鋼挟層直溝環状部材の製造方法により製造された挟層直溝環状部材は中空円柱状であり、挟層直溝環状部材の材料が０_３Ｃｒ_１３Ｎｉ_５Ｃｏ_９Ｍｏ_５ステンレス鋼であり、挟層直溝環状部材の高さが６００ｍｍ、外径が６００ｍｍ、壁厚さが１５ｍｍである。挟層直溝の環状の内側壁には周方向に沿って第１通孔が均等に分布する。第１通孔は、挟層直溝環状部材の軸方向に沿って延在する。第１通孔の断面は挟層直溝環状部材の断面の一部である。第１通孔の径方向サイズは４ｍｍ以内であり、周方向角度は６°である。第１通孔の数は３０個である。この方法で使用される基板は中空円柱状であり、基板の底端にはノッチが形成され、ノッチの数が挟層直溝環状部材の第１通孔の数と同じである。ノッチの位置は挟層直溝環状部材の第１通孔位置に対応する。このノッチは、成形過程中で落ちた金属粉末が基板から排出されるためのものである。基板の内外径は成形される挟層直溝環状部材の内外径に一致する。

上記方法は以下のステップを含む。
（１）モデリングソフトウェアＰｒｏ／ｅｎｇｉｎｅｅｒを用いて成形される挟層直溝環状部材の三次元モデルを構築する。挟層直溝環状部材の三次元モデルの外面に対して挟層直溝環状部材の三次元モデルの法線方向に沿って厚みを２ｍｍ増加させる。法線方向は軸方向に垂直である。挟層直溝環状部材の三次元モデルの底部に対して６ｍｍの長さ取り代を添加する。これによって、基板を作製する。モデルを構築した後、挟層直溝環状部材の三次元モデルをＳＴＬ形式として導出する。導出精度は０．００５ｍｍ以上である。
（２）ステップ（１）で構築された挟層直溝環状部材の三次元モデルを軸方向に沿ってスライスし、１００枚のスライスを得る。１枚目のスライスを成形される部材の最底端とし、１００枚目のスライスを成形される部材の最頂端とし、それぞれのスライスの厚みを０．５ｍｍとする。
（３）ステップ（１）で作製された基板上に１枚目のスライスのレーザ溶融積層成形を行い、１枚目のスライスが成形された後、１枚目のスライス上に２枚目のスライスのレーザ溶融積層成形を行い、この場合、成形後のスライスの総厚みは１ｍｍとなる。
（４）ステップ（３）で得られたそれぞれのスライスの第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行う。スライスに成形された第２通孔のサイズは成形される挟層直溝環状部材の第１通孔のサイズよりも小さいため、それぞれのスライスの第２通孔は成形される挟層直溝環状部材の第１通孔のサイズと一致する。
（５）ステップ（４）で得られた２枚目のスライス上に３枚目のスライスのレーザ溶融積層成形を行う。
（６）３枚目のスライスの第２通孔が成形される挟層直溝環状部材の第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（５）で得られた３枚目のスライス上の第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行う。
（７）ステップ（６）で得られた３枚目のスライス上に４枚目のスライスのレーザ溶融積層成形を行う。
（８）４枚目のスライスの第２通孔が成形される挟層直溝環状部材の第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（７）で得られた４枚目のスライスの第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行う。
９９枚目のスライスが成形されるまで上記のように繰り返す。
（９）ステップ（８）で得られた９９枚目のスライス上に１００枚目のスライスのレーザ溶融積層成形を行う。
（１０）１００枚目のスライスの第２通孔が成形される挟層直溝環状部材の第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（９）で得られた１００枚目のスライスの第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行う。
（１１）ステップ（１０）で得られたそれぞれのスライス及び基板に対してアニール処理を行う。アニール処理した後、基板と１枚目のスライスを分離する。
アニール処理の温度は４５０℃である。４５０℃の条件下でそれぞれのスライス及び基板を６時間保温し、そして保温後のそれぞれのスライス及び基板を空冷する。
ワイヤカットにより基板と上記スライスを分離する。ワイヤカットを行う装置のパラメータは、パルス波形：矩形、パルス幅：２５μｓ、パルス間隔：１５μｓ、電流：３Ａである。
（１２）ステップ（１１）で分離したそれぞれのスライスを熱処理し、成形される挟層直溝環状部材全体の製造を完成し、挟層直溝環状部材を得る。

レーザ溶融積層成形プロセスのパラメータは、レーザパワー：２６００Ｗ、レーザスポットサイズ：３ｍｍ。走査速度：８００ｍｍ／ｍｉｎ、走査ピッチ：２ｍｍ、粉末供給量：２０ｇ／ｍｉｎ、各層の厚み：０．５ｍｍである。

レーザ除去成形プロセスのパラメータは、レーザパワー：２６００Ｗ、レーザスポットサイズ：０．２ｍｍ、走査速度：６００ｍｍ／ｍｉｎ、補助ガス圧力：０．６Ｍｐａである。レーザ除去成形の過程において不活性ガス、例えば、アルゴンガスを用いて保護し、酸素含有量が１０００ＰＰＭ未満に要求される。

熱処理する際に、分離されたそれぞれのスライスを順に固溶化処理、低温処理及び焼戻し処理する。

分離されたそれぞれのスライスを固溶化処理する際に、圧力が１０^－３Ｐａ以下であり、温度が１０５０℃であり、保温時間が２時間であり、不活性ガスを補充して保温後のそれぞれのスライスを冷却する。

固溶化処理されたそれぞれのスライスを低温処理する際に、温度が－７０℃であり、保温時間が４．５であり、保温後のそれぞれのスライスを室温に回復させる。

低温処理されたそれぞれのスライスを焼戻し処理する際に、温度が２５０℃であり、保温時間が３時間であり、保温後のそれぞれのスライスを室温に空冷する。

本実施例では、レーザ付加・除去の方法を用いて挟層直溝環状部材を製造し、三次元モデルにより挟層直溝環状部材のニアネットシェイプ成形を実現でき、そのまま使用できるため、材料の利用率が大幅に向上し、鍛造加工に比べて周期が半分以上減少され、１台のレーザ付加・除去設備だけで成形プロセス全体を完成できるため、コストが大幅に削減される。また、本実施例のレーザ溶融積層成形により作製された挟層直溝環状部材は、内部にマクロ偏析がなく、異なる部位の組織構造に明らかな違いがなく、内部組織の結晶粒が微細であり、機械的特性に優れ、鍛造基準の要求を完全に満たすことができる。レーザ付加・除去加工により挟層直溝環状部材を製造することにより、レーザ溶融積層成形技術の応用範囲が大きく広がる。

以上の実施例は、本発明の好ましい実施形態に過ぎず、当業者は本発明の技術案の範囲内において行った通常変化及び置換は全て本発明の保護範囲に含まれるべきである。

Claims (10)

1. 挟層直溝環状部材の製造方法であって、
   前記挟層直溝環状部材の形状は中空円柱状であり、前記挟層直溝環状部材の材料はステンレス鋼であり、前記挟層直溝環状部材の高さは６００ｍｍ以上であり、前記挟層直溝環状部材の外径は６００ｍｍ以上であり、前記挟層直溝環状部材の壁厚さは１５～３０ｍｍであり、前記挟層直溝環状部材の内側壁には周方向に沿って複数の第１通孔が均等に分布し、前記第１通孔は前記挟層直溝環状部材の軸方向に沿って延在し、
   基板を提供し、前記基板の形状は中空円柱であり、前記基板の底端にはノッチが形成され、前記ノッチの数は前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔の数に一致し、前記ノッチの位置は前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔の位置に対応し、前記基板の内外径は成形される前記挟層直溝環状部材の内外径に一致し、
   前記方法は、以下のステップを含み、
   （１）成形される前記挟層直溝環状部材の三次元モデルを構築し、そして、前記挟層直溝環状部材の三次元モデルの外面に対して前記挟層直溝環状部材の三次元モデルの法線方向に沿って厚みを２～４ｍｍ増加させ、前記挟層直溝環状部材の三次元モデルの底部の長さを６～１５ｍｍ増加させ、これによって前記基板を作製し、
   （２）ステップ（１）で構築された前記挟層直溝環状部材の三次元モデルを前記挟層直溝環状部材の三次元モデルの軸方向に沿ってスライスし、Ｎ枚のスライスを取得し、Ｎが１より大きい正整数であり、１枚目の前記スライスは成形される前記挟層直溝環状部材の最底端であり、Ｎ枚目の前記スライスは成形される前記挟層直溝環状部材の最頂端であり、それぞれの前記スライスは第２通孔を有し、
   （３）ステップ（１）で作製された前記基板上に１枚目の前記スライスのレーザ溶融積層成形を行い、１枚目の前記スライスが成形された後、１枚目の前記スライス上に２枚目の前記スライスのレーザ溶融積層成形を行い、２枚目の前記スライスが成形された後、２枚目の前記スライス上に３枚目の前記スライスのレーザ溶融積層成形を行い、ｉ枚の前記スライスの成形が完成するまで繰り返し、ここで、ｉ＝１，２，３...Ｎ－２であり、ｉが１以上の正整数であり、成形された前記スライスの総厚みは１ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下であり、
   （４）ステップ（３）で得られたそれぞれの前記スライスの前記第２通孔が成形される前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（３）で得られたそれぞれの前記スライスの前記第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行い、
   （５）ステップ（４）で得られた前記スライス上にｉ＋１枚目の前記スライスのレーザ溶融積層成形を行い、
   （６）ステップ（５）で得られたｉ＋１枚目の前記スライスの前記第２通孔が成形される前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（５）で得られたｉ＋１枚目の前記スライスの前記第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行い、
   （７）ステップ（６）で得られたｉ＋１枚目の前記スライス上にｉ＋２枚目の前記スライスのレーザ溶融積層成形を行い、
   （８）ステップ（７）で得られたｉ＋２枚目の前記スライスの前記第２通孔が成形される前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（７）で得られたｉ＋２枚目の前記スライスの前記第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行い、
   上記のように繰り返し、
   （９）ステップ（８）で得られたｉ＋２枚目の前記スライス上にＮ枚目の前記スライスのレーザ溶融積層成形を行い、
   （１０）Ｎ枚目の前記スライスの前記第２通孔が成形される前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔のサイズと一致するように、ステップ（９）で得られたＮ枚目の前記スライスの前記第２通孔に対してレーザ切断除去成形を行い、
   （１１）ステップ（１０）で得られたそれぞれの前記スライス及び前記基板をアニール処理し、アニール処理後に、前記基板及び前記スライスを分離し、それぞれの前記スライスと前記基板との分離を完成し、
   （１２）ステップ（１１）で分離されたそれぞれの前記スライスを熱処理し、成形される前記挟層直溝環状部材全体の製造を完成し、前記挟層直溝環状部材を得ることを特徴とする、製造方法。
2. 前記挟層直溝環状部材の内側壁における前記第１通孔の断面は、前記挟層直溝環状部材の断面の一部であり、前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔の径方向サイズが４～８ｍｍであり、周方向角度が６－３０°であり、前記挟層直溝環状部材の前記第１通孔の数が６～３０であることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. それぞれの前記スライスの厚みは０．５～１ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
4. ステップ（１１）において、アニール処理の温度は４５０℃～５６０℃であり、それぞれの前記スライス及び前記基板を４～６時間保温し、そして保温後のそれぞれの前記スライス及び前記基板を空冷することを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
5. ワイヤカットにより前記基板及び前記スライスを分離することを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
6. 前記ワイヤカットのパラメータは、前記ワイヤカットを行う装置のパルス波形：矩形、パルス幅：２５μｓ～５０μｓ、パルス間隔：１５μｓ～２５０μｓ、電流：３Ａ～６Ａであることを特徴とする、請求項５に記載の製造方法。
7. ステップ（１２）において、分離されたそれぞれ前記スライスを熱処理することは、分離されたそれぞれの前記スライスに対して順に固溶化処理、低温処理及び焼戻し処理を行うことを含むことを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
8. 分離されたそれぞれの前記スライスを固溶化処理する際に、圧力が１０^－３Ｐａ以下であり、温度が１０５０℃～１１３０℃であり、保温時間が２～４時間であり、不活性ガスを補充して保温後のそれぞれの前記スライスを冷却することを特徴とする、請求項７に記載の製造方法。
9. 固溶化処理されたそれぞれの前記スライスを低温処理する際に、温度が－７０℃～－８０℃であり、保温時間が３．５－４．５時間であり、保温後のそれぞれの前記スライスを室温に回復させることを特徴とする、請求項７に記載の製造方法。
10. 低温処理されたそれぞれの前記スライスを焼戻し処理する際に、温度が２５０℃～３２０℃であり、保温時間が３－６時間であり、保温後のそれぞれの前記スライスを室温に空冷することを特徴とする、請求項７に記載の製造方法。

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