[发明专利]一种变截面闭室结构的激光增材制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属成形技术领域，具体是一种变截面闭室结构的激光增材制造方法。

背景技术

目前国内制造变截面闭室结构零件的一般方法为组件分体加工后焊接而成，即：变截面结构及盖板采用车削、铣削等传统方式加工，然后将盖板与变截面结构焊接，最终实现变截面闭室结构零件的生产制造。但是，采用这种方法制造存在诸多缺点：

（1）变截面闭室结构在传统加工方式下往往为大切削比加工，局部壁厚小于0.1mm，极易造成零件内部应力集中，且薄壁部分在机加工过程中易发生变形或局部打穿等现象，在后续打压过程中容易发生渗漏，造成零件报废；

（2）盖板与变截面结构为焊接连接，焊接热影响区内组织粗大，焊接应力集中，往往会产生裂纹；

（3）传统分体式设计的闭室结构，其整体密封性能主要靠焊接等特殊过程保证，导致零件的整体可靠性较低。

由于上述原因造成传统制造方法不仅生产效率低下，而且产品合格率低，导致零件生产周期长，制造成本高，严重制约该类零件的工程化应用。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种工艺简单可控、产品性能满足使用要求的变截面闭室结构的激光增材制造方法。本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明提供的一种变截面闭室结构的激光增材制造方法，包括如下步骤：

步骤1：根据成形零件建立零件三维模型，并用切分软件对零件三维模型进行分层切片离散处理，根据每层的切片信息，规划获得激光的扫描路径；

步骤2：将基板固定在激光选区熔化成形设备的成型缸上，将金属粉末放入粉末缸中；

步骤3：利用惰性气体对成型腔进行清洗，启动铺粉装置，在基材上铺设一层金属粉末；

步骤4：启动激光选区熔化成形设备，设置工艺参数，激光器发出的激光束根据当前层激光扫描路径对基材上的粉末进行旋转扫描，加工出当前层，并对当前层外轮廓进行重复扫描；

步骤5：成形缸下降一个层厚的距离，送粉装置将金属粉末送至铺粉装置，同时，铺粉装置在已加工好的当前层上铺设一层金属粉末；

步骤6：重复步骤4~5，直至整个零件加工完毕；

步骤7：打开成形室，去除粉末，取出经步骤6加工完毕的零件，利用线切割法将零件与基板分离，对零件进行退火处理，制得最终的变截面闭室结构。

优选地，步骤2中所选择的金属粉末的粒度为20～50μm。

优选地，步骤2中所选择的基板的材质与所选择的金属粉末的材质相同。

优选地，所述金属粉末为高温合金、钛合金或不锈钢。

优选地，所述三维建模软件为Pro/E软件、Magics软件或3-matic软件，切分软件为Magics软件。

优选地，步骤3中，控制成型腔内氧含量浓度不高于10ppm；所述惰性气氛为高纯压（≥99.999%），气流量为5mL/min。

优选地，步骤4所述的工艺参数为：输出功率300～ 500W，光斑直径0.1～0.2mm，扫描速度500～1000mm/min，搭接率10% ～ 30%。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的一种变截面闭室结构的激光增材制造方法，可解决传统加工方式中该类零件件内部应力集中，且薄壁部分易发生变形或局部打穿等现象。

2、通过采用激光选区熔化成形设备实现快速成形，无需铸造时的型、芯以及后续焊接，提高了材料利用率，减少了工序，缩短了零件制造周期。

3、解决传统制造方式下闭室结构整体密封性能低、产品合格率低等严重制约该类零件工程化应用的瓶颈问题。

4、通过使用特定组分含量的金属粉末，结合快速成形工艺和传统热处理工艺，获得的零件同时具有高强度、高塑性，综合力学性能达到锻件水平。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种变截面闭室结构的激光增材制造方法，包括如下步骤：

步骤1、根据成形零件建立零件三维模型，并用切分软件对零件三维模型进行分层切片离散处理，根据每层的切片信息，规划获得激光的扫描路径；