[发明专利]一种制造大倾斜角度零件的激光金属成形系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于零件加工领域，具体涉及一种制造大倾斜角度零件的激光金属成形系统及方法。

背景技术

激光金属直接成形(Laser Metal Direct Forming,LMDF)是将激光熔覆技术与快速成型制造技术相融合，能将复杂的CAD模型直接成形出高性能致密的金属零件。其加工过程为：先用三维建模软件设计出三维模型或者利用反求技术反求出模型。然后用RPDATA软件按照一定的厚度将三维零件模型分层，得到二维的轮廓切片信息并对轮廓信息进行编辑，然后将二维的轮廓信息转换成加工路径。根据加工路径的信息，计算机控制熔覆头在三维工作台的运动，同时由激光器输送激光，由送粉器通过喷嘴输送金属粉末，粉末在激光作用下形成熔池，并迅速凝固，成形完一层之后Z轴向上提升一层的厚度，不断重复便逐层地将零件堆积出来，最后经过去除支撑、喷砂等较少的后处理得到设计的零件。用激光金属直接成形的方法，有成本低、周期短和能制造复杂零件，很适合于航空航天和医疗器械的制造，同时制造出的金属零件具有力学性能好、高致密、几乎不需要后处理等优点。

但是成形倾斜零件时，由于缺乏稳定的支撑，形成的熔池很不稳定，特别在倾斜角度较大时，容易产生熔池塌陷等问题，造成加工的零件结瘤和表面不平整等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种制造大倾斜角度零件的激光金属成形系统及方法，能通过电磁阀控制送粉喷嘴的开闭，改变熔池的受力情况，提高熔池的稳定性，来提高制造倾斜复杂零件的能力。

为达到上述目的，本发明是采用如下技术方案予以实现的：

一种制造大倾斜角度零件的激光金属成形系统，包括三维工作台，以及安装在三维工作台Z轴方向上的激光头和喷嘴固定装置；激光头通过光纤和激光器相连；喷嘴固定装置上固定有同轴四管送粉喷嘴，并且安装在激光头的周围，激光头位于同轴四管送粉喷嘴的中心轴上；同轴四管送粉喷嘴上连接有用于控制其打开或关闭的电磁阀。

所述的同轴四管送粉喷嘴包括均匀分布在喷嘴固定装置上的四个送粉喷嘴，每一个送粉喷嘴的上端均通过送粉管与送粉器相连；送粉喷嘴与送粉器之间的送粉管上还连接有电磁阀，四个电磁阀的控制端均连接到控制器的控制信号输出端上。

所述的送粉喷嘴的上端与电磁阀之间的距离为10～15mm。

所述的控制器的控制信号输入端上还连接有用于控制电磁阀开闭和三维工作台运动的计算机。

一种制造大倾斜角度零件的激光金属成形的方法，包括以下步骤：

1）在三维工作台Z轴方向上安装激光头和喷嘴固定装置，激光头通过光纤和激光器相连；在喷嘴固定装置上激光头的周围安装同轴四管送粉喷嘴，激光头与四个送粉喷嘴的中心对准；每个送粉喷嘴的上端安装电磁阀，并通过送粉管与送粉器相连；将电磁阀的控制端均连接到控制器的控制信号输出端上，再将控制器的控制信号输入端与计算机相连；

2）加工时，根据需要加工零件的类型、相应的工艺参数和设备的加工能力，设定最大倾斜角度θ，并将零件的加工路径数据导入计算机。

3）然后打开控制器、激光器和送粉器进行加工；激光器经过光纤和激光头输送出激光，送粉器通过送粉管经送粉喷嘴输送出粉末，激光将粉末熔化形成熔池；

4）当零件的倾斜角度小于最大倾斜角度θ时，控制器控制四个电磁阀全部打开，使四个送粉喷嘴送粉加工；

5）当加工到倾斜角度大于或者等于最大倾斜角度θ时，控制器控制相应电磁阀的打开和关闭；

6）当加工到倾斜角度小于最大倾斜角度θ时，控制器控制电磁阀全部打开送粉喷嘴，重复步骤4）和5），直至加工完毕。

所述步骤2）中，导入计算机的加工路径数据中包括不同层的倾斜角度和倾斜方向。

所述步骤2）中，最大倾斜角度θ为30°～60°。

所述步骤5）中，控制器控制电磁阀的具体方法是：

将沿零件倾斜方向的两个送粉喷嘴打开，另外两个关闭；

或者当零件只向其中一个送粉喷嘴方向倾斜时，只打开倾斜方向的送粉喷嘴，其余三个关闭，打开的送粉喷嘴的送粉方向和零件倾斜的方向相同；当有送粉喷嘴关闭时，打开的送粉喷嘴的送粉量增加，使总送粉量不变。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：