[发明专利]一种钛合金高精度电弧增材制造工艺

说明书

本发明公开一种钛合金高精度电弧增材制造工艺，涉及钛合金电弧增材制造领域，包括如下步骤：步骤一；根据零件结构在计算机上构建三维实体模型；步骤二；将三维实体模型进行分层计算、截面填充并且进行后置处理生成制造代码；步骤三；装填钛合金丝材，打磨钛合金基板；步骤四；安装基板，调整钨极与钛合金丝材和钛合金基板之间的距离；步骤五；按照工艺参数对焊机进行打印参数的设定，包括对焊机设定热丝电流、热输入、频率、基值电流、峰值时间、扫描速度、层高和送丝机的送丝速度；步骤六；启动机器开始进行金属熔融沉积，并且实时监测随时进行调整。本发明提供的钛合金高精度电弧增材制造工艺，达到了高精度钛合金电弧增材的目的。

技术领域

本发明涉及钛合金电弧增材制造技术领域，特别是涉及一种钛合金高精度电弧增材制造工艺。

背景技术

增材制造技术可以分为金属增材制造与非金属增材制造两大类，针对金属增材制造，可以从原始材料类型与能量源进行分类。根据原始材料类型的不同可以分为铺粉增材制造、送粉增材制造与送丝增材制造，根据能量来源可以分为激光、电子束与电弧三种类型。电弧增材制造(WAAM)采用逐层堆焊的方式制造致密金属实体构件，因以电弧为载能束，热输入高，成型速度快，适用于大尺寸复杂构件低成本、高效快速近净成型。该技术主要基于TIG、MIG、SAW等焊接技术发展而来，成型零件全由焊缝构成，化学成分均匀、致密度高，开放的成型环境对成型件尺寸无限制，成型速率可达几kg/h，但电弧增材制造(WAAM)的零件表面波动较大，成型件表面质量较低，成型精度不是特别高。

作为由点向三位方向扩展的运动执行机构，其位移与速度、位置的重复定位精度、运动稳定性等对成型件尺寸精度的影响至关重要，目前的使用较多的成型系统由TIG+数控机床/工作台、TIG+机器人、CMT(MIG)+数控机床、CMT(MIG/MAG)+机器人与PAW+数控机床几种形式。总体而言，电弧增材制造载能束因具有热流密度低、加热半径大、热源强度高等特征，成型过程中往复移动的瞬时点热源与成型环境强烈互相作用，热累积引起的环境变量变化更明显，所以成型的精度往往相比其他热源较低，对于成型件的一些特殊结构成型比较困难。

为了最大限度的发挥电弧增材制造技术的优势，往往已有的成型工艺中材料的沉积速率是非常快的，熔化的速率可以达到1kg/h-4kg/h，虽然很大程度地增加了生产效率，但是使用大效率工艺生产出来的零件在尺寸方面的精度往往很难得到保证，并且零件的表面粗糙度都不如人意，要想在工程中应用必须要进行下一步的机械加工。就电弧增材制造技术目前的发展水平来说，想要在现有基础上进行粗糙度的控制也很难有一个较好的效果，现代电弧增材制造技术中对工艺研究还不够系统，针对各种不同的焊丝的工艺关系、电弧热输入和熔滴形貌关系，送丝速度和成型稳定性之间的关系研究还不够透彻。电弧热输入高了容易出现粗大的柱状晶，降低材料韧性，并且不同的工艺参数会导致在熔滴沉积过程中的速率与发生的连锁反应不同，不好的工艺会使零件中的裂纹气孔现象变得严重甚至不能连续成型。

在已有的工艺参数中，对于零件精度与粗糙度影响很大的一个工艺参数就是送丝速度，在送丝速度确定之后才能对与之匹配的其他参数进行大概基准确定。但是送丝速度在制造过程中往往也是变动的，目的为了与当时熔滴沉积的情况进行匹配，所以不断进行工艺参数的完善，是电弧增材制造在未来发展中必须要解决的问题。在现有的制造工艺中，虽然多数工艺成型效率高，对于大块零件的制造有很高的效益，但是制造对于零件精度有要求但是又不便于后续机械加工的情况时往往比较窘迫，表面粗糙度高，尺寸精度低，通常成型的单熔道道宽都大于5mm，难以制造符合要求的高精度结构件。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛合金高精度电弧增材制造工艺，以解决上述现有技术存在的问题，使材料成型后力学性能大致不变甚至能够得到加强，而且成型熔道尺寸相比其他工艺都精细，成型熔道宽度约为3.5mm，零件表面较之前工艺粗糙度得到了很大改善，从而达到了高精度钛合金电弧增材的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种钛合金高精度电弧增材制造工艺，包括如下步骤：