[发明专利]基于增材制造技术制备铜及铜合金构件的方法

说明书

本发明公开的基于增材制造技术制备铜及铜合金构件的方法，具体为：步骤1：将纯铜基板进行表面的机械处理，打磨至纯铜基板表面带有金属光泽，然后将其放置盛有无水乙醇的超声震动仪中清洗，除去表面的油渍，晾干，放入箱式炉中进行预热；步骤2：将纯铜焊丝及硅青铜焊丝用无水乙醇进行擦拭干净，然后进行烘干处理；步骤3：控制机器人在纯铜基板上进行熔丝逐层堆焊，最终获得铜及铜合金的薄壁墙体结构；步骤4：将成型后的薄壁墙体结构放入真空管式炉中进行焊后热处理；步骤5：将热处理后的墙体结构进行减材，抛光铜及铜合金构件其中两侧面及上下底面。该方法解决了目前现有铜及铜合金零件制备工艺复杂的问题，提高了产品的力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料增材制造技术领域，具体涉及一种基于增材制造技术制备铜及铜合金构件的方法。

背景技术

自然界中，铜及铜合金具有大多数金属所不具备的特性，如：优良的低温韧性、电导、导热性、耐腐蚀和隔磁性等，这就是铜及铜合金能够在酸类或碱类介质中依然展现出良好性能的关键，因此，被广泛地应用于电子(电器)、交通运输、石油化工以及航空航天等领域。目前常用的铜构件生产方法有：铸造、锻造、焊接等，其中铸造和锻造的铜制品约占总数的85％以上。这两种技术的短板是工艺流程复杂，生产周期较长，同时还需要特制的模具，使得零件生产成本升高，材料的利用率极低。电弧增材制造技术(Wireand Arc AdditiveManufacture,WAAM)以廉价的电弧作为能束，采用逐层堆焊的方式制造金属实体构件，该技术主要基于TIG、MIG、SAW等焊接技术发展而来，成形后的零件由全焊缝构成，化学成分均匀、致密度高，开放的成形环境对成形件尺寸无限制。因此，采用电弧增材制造技术生产铜及铜合金构件能够弥补传统制造技术的缺点，在金属制造领域具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于增材制造技术制备铜及铜合金构件的方法，该方法解决了目前现有铜及铜合金零件制备工艺复杂的问题，通过增材-减材手段能够减少关于复杂铜合金零件的加工余量，避免了铜资源的浪费。还能够一次性成形出复杂零件，减少工艺流程，提高了产品的力学性能。

本发明所采用的技术方案是，基于增材制造技术制备铜及铜合金构件的方法，具体操作步骤为：

步骤1：将纯铜基板进行表面的机械处理，打磨至纯铜基板表面带有金属光泽，然后将其放置盛有无水乙醇的超声震动仪中清洗，除去表面的油渍，晾干，放入箱式炉中进行预热；

步骤2：将纯铜焊丝及硅青铜焊丝用无水乙醇进行擦拭干净，然后进行烘干处理；

步骤3：绘制零件三维模型，通过离线软件对模型进行分层切片，利用仿真软件对切片数据进行路径规划和优化，并生成机器人代码，将代码导入焊接机器人的开源接口中，控制机器人在纯铜基板上进行熔丝逐层堆焊，最终获得铜及铜合金的薄壁墙体结构；

步骤4：将成型后的薄壁墙体结构放入真空管式炉中进行焊后热处理；

步骤5：将热处理后的墙体结构进行减材，抛光铜及铜合金构件其中两侧面及上下底面。

本发明的特征还在于，

步骤1中，纯铜基板为：T2-Y紫铜。

步骤1中，超声波清洗时间为：20min～30min，预热温度为：200℃～250℃。

步骤2中，纯铜焊丝为：S201焊丝，硅青铜焊丝为：S211焊丝。

步骤2中，烘干温度为：50℃～60℃。

步骤3中，堆焊层数不少于3层，逐层堆焊过程中：第1层、第2层堆焊工艺参数为：焊接电流：260A～280A、焊接电压：25V～28V，第3至最终层堆焊工艺参数为：焊接电流：220A～230A、焊接电压：23V～25V。