[发明专利]一种基于熔丝增材的无底球冠钢质零件快速成形方法

说明书

本发明一种基于熔丝增材的无底球冠钢质零件快速成形方法，属于机加工领域；首先根据成形产品无底球冠的尺寸设计基底；然后在基底上表面沿周向进行热熔丝增材成形，得到无底球冠的增材毛坯；再依次进行退火处理‑毛坯机加工‑探伤检验‑性能强化处理‑半精加工‑去应力处理‑精加工出零件‑切断环形坯料，得到无底球冠成形件。本发明采用循环使用环坯料为基底、合适成分钢丝材增材制造成坯料后机加成形，该加工方法能够保证产品精度及力学性能，可使原材料利用率提高、加工效率明显提高，可使增材基底循环使用，实现低成本快速成形零件。

技术领域

本发明属于机加工领域，具体涉及一种基于熔丝增材的无底球冠钢质零件快速成形方法。

背景技术

高精度大直径薄壁无底球冠回转体金属零件是某类航天器的重要构件，单台产品用量大，现有技术中采用环锻件经反复车削成形或采用厚板材强力旋压后机加成形。环锻件反复车削成形方法存在加工效率低、材料利用率很低的缺点；厚板材强力旋压成形材料利用率虽然提高了，但需要考虑生产一系列的旋压芯模工装，且需提前准备厚板原材料，工装与厚板料的生产准备周期2-3个月，制约了产品快速响应快速制造。

本发明原材料钢焊丝，以循环使用环形坯料作为增材通用基底，利用热熔丝增材制造技术制备带底球冠毛坯，然后采用退火或调质等强化热处理，最终机加成形。该工艺方法相比环锻件反复车削方案，可压缩原材料的准备与产品车削时间；相比厚板旋压后机加方案，缩短工装与原材料的生产准备时间75％以上；相比一次性的增材基底，本发明的基底消耗降低40％以上。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于熔丝增材的无底球冠钢质零件快速成形方法，原材料毛坯以增材制造方案代替传统采用的锻件车削或板材旋压，减少旋压芯模投入，极大缩短毛坯成形时间，基底循环使用。

本发明的技术方案是：一种基于熔丝增材的无底球冠钢质零件快速成形方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：根据成形产品无底球冠的尺寸设计基底；所述基底为环形圆板结构，厚度δ满足公式δ＝15+5×N，单位mm，N为基底循环使用次数；所述基底的内径φc小于无底球冠零件的小端内径φb，内孔用于定位及压紧防变形；

步骤二：首先根据成形产品要求选择热熔丝增材需要的钢丝材，然后设定所述热熔丝增材的工艺参数为：电流170～185A，送丝速度7～10m/min，焊接速度0.4～0.5m/min，道间距3～5mm，层高2.5～4.5mm；将所述基底水平设置后，在其上表面沿周向进行热熔丝增材成形，得到无底球冠的增材毛坯；

步骤三：将所述增材毛坯进行退火处理，使其内应力得到释放；

步骤四：将步骤三退火处理后的增材毛坯进行机加工，得到无底球冠毛坯；然后对无底球冠毛坯进行超声波探伤检验，保证无底球冠毛坯无裂纹、无气孔缺陷；

步骤五：对步骤四探伤后的无底球冠毛坯进行性能强化热处理，依据增材钢焊丝牌号，匹配不同性能强化热处理制度；

步骤六：对步骤五热处理后的无底球冠毛坯进行半精加工，得到无底球冠半成品；

步骤七：对无底球冠半成品进行去应力处理；

步骤八：将去应力处理后无底球冠半成品进行精加工，得到满足产品几何精度要求的无底球冠；

步骤九：将无底球冠上、下端口的环形坯料切断，再对其上、下端口进行机加工，切断的下端口的环形坯料作为循环增材使用的通用基底。

本发明的进一步技术方案是：所述基底的内径φc＝φd-200，单位mm，外径φd计算公式如下：

φd＝φb-h·(φa-φb)/H+2·(Δ1+Δ2)