[发明专利]一种大尺寸夹层直槽环状构件激光增减材制造方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸夹层直槽环状构件激光增减材制造方法。建立适用于激光熔化沉积成形和激光切割减材制造的大尺寸夹层直槽环状构件三维模型；设定切片软件平台中的激光熔化沉积成形工艺参数和激光切割减材制造工艺参数；确定生长方向后，摆放好大尺寸夹层直槽环状构件三维模型，并将其导入已完成设定的切片软件平台，进行切片处理；在惰性气体的保护下进行增减材制造；成形完成后回收舱内粉末，对未分离的环状构件及基板进行退火处理；使用线切割分离基板和环状构件；对环状构件做最终热处理处理。本发明获得的大尺寸夹层直槽环状构件性能高、表面粗糙度低、成形精度高，为大尺寸夹层直槽环状构件的最终制造提供了一种全新方法。

技术领域

本发明涉及一种大尺寸夹层直槽环状构件激光增减材制造方法，属于增材制造技术领域，具体涉及大尺寸夹层直槽环状构件整体制造方法，特别是采用激光熔化沉积成形技术和激光切割减材制造技术获得构件幅面尺寸在600mm×600mm以上大尺寸夹层直槽环状构件的制造方法。

背景技术

激光熔化沉积成形作为一种集数字化技术、制造技术、激光技术为一体的先进制造技术，与传统制造技术相比，它具有无模具、材料利用率高、综合力学性能优良、加工周期短等优点，在航空航天领域具有广泛的应用。但由于成形件表面粗糙、尺寸精度低，难以满足直接使用要求，尤其是大尺寸夹层直槽环状成形件，易在夹层直槽结构处形成加工缺陷，且无法进行后续处理。因此，采用激光熔化沉积成形与激光切割减材复合制造技术进行大尺寸夹层直槽环状构件整体制造具有很大的应用前景。

大尺寸夹层直槽环状构件目前采用锻件+机械加工+焊接法制造，采用锻件作为毛坯，采用机械加工铣加工的方式成形流道结构，制造完成后拼焊而成，与基体材料相比，焊缝处强度较低，经常发现焊缝开裂的现象，使得构件可靠性大大降低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：改进现有技术的不足之处，提供了一种大尺寸夹层直槽环状构件整体制造方法，该方法获得的大尺寸环状构件性能高、尺寸精度高、表面粗糙度低，为大尺寸夹层直槽环状构件的制造提供了一种全新方法。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种高强不锈钢大尺寸夹层直槽环状构件增减材整体制造方法，该方法中所制备的构件为空心圆柱，该构件的材料为03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢，大尺寸是指该构件的高度不小于600mm，该构件的外径不小于600mm，壁厚控制在15-30mm以内，该构件的侧壁内部环向均布轴向通孔，通孔的横截面的轮廓为圆环的一部分，通孔径向尺寸在4-8mm以内，环向角度为6-30°，通孔的个数为6-30以内；该方法中所使用到的基板为空心圆柱，该空心圆柱的底端带有豁口，豁口数量与构件通孔数量一致，豁口位置与构件通孔位置相对应，该豁口用于将在成型过程中掉落的金属粉排出基板；基板的内外径与待成型构件的内外径相匹配；

包括下列步骤：

(1)使用建模软件Pro/engineer或UG建立待成型构件的三维模型，并制备基板；其中，三维模型外表面均沿其法向增加2-4mm余量，并在零件底部添加6-15mm余量。建模完成后，将三维模型导出为STL格式，导出精度不小于0.005mm。

(2)对步骤(1)建立的三维模型沿轴向进行切片，得到N块切片，第一块切片为待成型构件的最低端，第N块切片为待成型构件的最顶端；每块切片厚度为0.5-1mm；

(3)在步骤(1)中制备的基板上进行第一块切片的激光熔化沉积成形，当成形好第一块切片后在第一块切片上进行第二块切片的激光熔化沉积成形，当成形好第二块切片后在第二块切片上进行第三块切片的激光熔化沉积成形，依次类推，直至成形后的切片总厚度不小于1mm不高于3mm，此时完成了第i块切片的成型，i＝1,2,3…N；

(4)对步骤(3)得到的切片进行激光切割减材成形(因为切片上成型的通孔的尺寸比待成型构件的通孔尺寸小)，即对待成型构件的通孔进行激光切割减材处理，使得切片上的通孔与待成型构件的通孔尺寸一致；