[发明专利]基于对称高频振动增材复合制造应力在线消减方法与装置

说明书

本发明属于残余应力消减技术领域，涉及一种基于对称高频振动的大型薄壁件增材复合制造应力在线消减方法与装置。具体步骤为：对基体进行扫频振动，获得基体的固有频率；设置上端和下端振动装置的工艺参数；增材制造开始后首先使用下端高频振动装置对基体部分进行振动时效；随着工件高度的增加，当高度达到预定高度（上端振动装置能够夹紧工件）时，开启上端高频振动装置对工件进行振动时效。本发明通过在基体与增材制造工件连接处设置四个高频振动振源，以达到振动叠加的效果，提高高频振动的振幅，增大能量输入，进而调控残余应力消减效果应力消减效果，从而实现大型薄壁件复合增材制造应力的在线消减。

技术领域

本发明属于增材复合制造技术领域，具体涉及一种对大型薄壁件增材复合制造中应力在线的消减方法与装置。

背景技术

随着增材制造技术发展，在航空航天、海工等装备领域中的大型复杂构件制造运维中得到越来越多的应用。结合飞机壁板、发动机整体叶盘等大型复杂构件快速制造需求，采用铸锻造+增材制造的复合制造技术已成为最具潜力的解决方案，例如：在板材等基体上增材制造出纵横交错、尺寸不一的壁板结构、在锻件基体上增材制造出整体叶盘叶片等。随着增材制造结构的层层叠加成形，成形结构与基体之间温度梯度增大，成形结构的内应力也在逐渐变大，过大的内应力会使成形结构发生变形，甚至会与基体发生开裂脱离，严重影响了增材制造的精度和质量，甚至导致制件报废。

目前通常采用分阶段增材制造和分时去力热处理的方式来消减增材制造过程中产生的残余应力，即为避免应力累积过大导致变形开裂，结合制件大小和增材制造工艺要求，每次增材制造一定量结构，就中断增材制造，去进行去应力热处理，如此往复直至成形制造出工件。此种方式多次中断成形制造，严重影响制造效率；另外金属增材制造需要净化加工气氛，多次充排气净化氛围，也增加制造成本。

因此，采用增材复合制造技术来成形制造大型复杂结构时，特别是针对大型薄壁结构，如何设计合理的在线应力消减装置，在线消减制件应力，是大型薄壁结构增材复合制造顺利完成的保障和关键，也是提高制造效率、降低制件成本的根本途径。

发明内容

发明目的：

本发明设计了一种基于对称高频振动的大型复杂结构薄壁件复合增材制造应力在线消减方法与装置，其目的在于解决以往的调控残余应力消减的效率和消减的效果方面存在的问题。

技术方案：

一种基于对称高频振动增材复合制造应力在线消减的方法，特别是针对大型薄壁件增材复合制造应力在线消减的方法，其特征在于，按以下步骤执行：

(a)首先对基体进行扫频振动，获得基体的固有频率；

(b)根据打印的不同高度计算工件的质量，本方法需要计算工件每升高30～50mm高度基体与工件的总质量，以获得不同质量的固有频率，以此为依据来适时改变上端和下端振动装置的工艺参数；

(c)增材制造开始后，下端对称的两个高频振动装置对基体及正在生长的工件进行振动时效，振动时间为持续振动，直至加工完毕；

(d)当工件高度达到30～50mm时，根据基体及工件的质量变化，改变下端和上端两侧的振动频率，同时上端两侧高频振动装置夹紧工件，开始对高度0～50mm部位工件进行振动时效，振动时效时间根据工件质量不同设定为10～30min，而后上端振动装置自动退回初始位置；当打印工件高度增长到100mm时，根据测算基体与工件的总质量，改变下端和上端两侧振源的振动频率，上端高频振动装置高度升高50mm并夹紧工件，对高度50～100mm部位的工件继续进行振动时效，以此类推，工件高度每升高50mm时，对上下端的振动频率进行一次调整，上端振动装置升高50mm，对工件新生长的部位进行一次振动时效；

(e)如工件24加工完毕后，部分残余应力仍存在，可对工件进行二次或多次振动时效，直至残余应力降低至满足要求为止。