[发明专利]激光-电弧多枪协同增材制造飞机承力框的方法及产品

说明书

本发明属于増材制造相关技术领域，并公开了一种激光‑电弧多枪协同增材制造飞机承力框的方法及产品。该飞机承力框的制备方法包括下列步骤：S1对于飞机承力框的几何模型，将其分割为三层，包括中间的板状结构和上下两层加强结构，规划于上下两层加强结构的成形轨迹；S2选取成型基板作为中间的板状结构，采用夹具将基板固定，采用多组激光‑电弧协同复合増材制造成形上表面和下表面，以此在基板的上下表面获得加强结构；S3将基板以及夹具一同进行固溶‑时效热处理，然后退火，拆除夹具，机加工，以此获得所需的飞机承力框。通过该发明，实现飞机承力框的成形，成形精度和效率高。

技术领域

本发明属于増材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种激光-电弧多枪协同增材制造飞机承力框的方法及产品。

背景技术

承力框是飞机机体的重要组成部分，起到主要承载作用。具有较多的加强筋与交叉特征，目前主要采用的制造方法为锻造与数控加工的方式，材料利用率低，生产周期长。

电弧增材制造以一种以丝材为原料，电弧为热源的增材制造方式。具有周期短，能耗低，材料利用率高等优点，特别适合制造大型复杂零件，在航空航天行业具有广泛的应用前景。

单一电弧成形铝合金时，电弧不稳定，成形形貌较差，气孔较多，成形效率较低，而单个打印头也存在效率低下，变形较大等问题。因此有必要针对飞机承力框的成形，开发一种激光-电弧多枪协同增材制造的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光-电弧多枪协同增材制造飞机承力框的方法及产品，通过采用激光-电弧复合的増材制造方法成形具有多个加强筋和交叉特征的飞机承力框结构，有效解决了飞机承力框的成形问题，满足了飞机承力框结构成形精度需求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种激光-电弧多枪协同增材制造飞机承力框的方法，所述飞机承力框中的上表面和下表面上分布着多个加强筋和交叉结构，该飞机承力框的制备方法包括下列步骤：

S1对于飞机承力框的几何模型，将其分割为三层，包括中间的板状结构和上下两层加强结构，对于上下两层的加强结构，先将其进行分区，然后对于每个区域中的加强筋和交叉结构分别规划其成形轨迹；

S2选取成型基板作为中间的板状结构，采用夹具将所述基板固定，按照步骤S1中规划的成形轨迹，采用多组激光-电弧协同复合増材制造的方式在所述基板的上表面和下表面上分区成形，以此在所述基板的上下表面获得加强结构；

S3将步骤S2形成带有加强结构的基板以及固定该基板的夹具一同进行固溶-时效热处理，然后退火，拆除所述夹具，机加工，以此获得所需的飞机承力框。

进一步优选地，在步骤S1中，对于加强筋成形轨迹采用下列方式规划，首先获取该加强筋的中轴线，将该中轴线进行等距偏移，以此获得多条平行轨迹，该多条平行轨迹即为所需的成形轨迹。

进一步优选地，在步骤S2中，对于交叉特征的成形轨迹按照下列方式规划，在两条或者多条筋相交的交叉处，在其中一条筋A的末端规划一端平行于其他筋的成形轨迹，作为筋A成形轨迹的延伸，以此实现交叉特征成形轨迹的规划。

进一步优选地，在步骤S2中，所述基板的材料为2219铝合金，厚度为20mm～50mm，热处理态为O态。

进一步优选地，在步骤S2中，所述激光-电弧协同成形的过程中，所述焊枪与基板垂直，激光倾斜放置。

进一步优选地，所述激光与成形平面夹角为40°～60°，功率1kW～3kW可调，波长1080±5nm，光斑长轴为6mm～10mm，短轴为4mm～6mm，离焦量为150mm～200mm，光丝距为-2mm～2mm。