本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)快速成形方法。

背景技術(shù)：

層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合了不同成分的材料，具有特殊的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能，在石油、化工、煤礦、電工等裝備制造行業(yè)具有廣泛的使用前景，因而越來越受到產(chǎn)品設(shè)計人員的關(guān)注。傳統(tǒng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)制造方法包括兩種，一種是從預(yù)先制備好的復(fù)合板材、棒材、管材的坯料上切削加工出所需形狀、尺寸的工件，一種是利用模具進(jìn)行層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)的一次成形。

傳統(tǒng)切削加工制造方法的缺點是，一方面，零件的切削加工是典型的減材制造，造成材料的浪費，不具備經(jīng)濟(jì)性；另一方面，鑄造成型目前仍無法制備出高質(zhì)量的大厚度坯料及多層復(fù)合坯料，這制約了層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的制造。而傳統(tǒng)一次成形制造方法的缺點是，零件的一次成形需要在模具中完成，模具制造成本高，產(chǎn)品的生產(chǎn)周期長，且復(fù)合結(jié)構(gòu)界面結(jié)合力低，限制了復(fù)合結(jié)構(gòu)的使用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)快速成形方法，能夠制備高質(zhì)量的復(fù)合結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)制造方法成本高、周期長的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)快速成形方法，包括以下步驟：

步驟1，利用計算機對包含基層和復(fù)層的復(fù)合結(jié)構(gòu)的三維模型進(jìn)行剖分，形成每個結(jié)構(gòu)層對應(yīng)的薄層切片；

步驟2、設(shè)定每層切片由填充直線組成，形成該層的焊接路徑，每層切片路徑的結(jié)尾點為下一層切片路徑的起始點，使整個成形過程中電弧不間斷，生成復(fù)合結(jié)構(gòu)各結(jié)構(gòu)層的路徑文件；

步驟3、將各結(jié)構(gòu)層的路徑文件輸入弧焊焊接設(shè)備，根據(jù)復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料設(shè)計確定每個結(jié)構(gòu)層成形時使用的絲材；

步驟4、設(shè)定每個結(jié)構(gòu)層的焊接參數(shù)；

步驟5、對層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)按照先基層后復(fù)層的成形順序，自下而上逐層焊接成形，制得層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的特點還在于：

步驟1中每層切片的厚度為0.5-3mm。

步驟2中每層切片填充直線的偏置量為3-7mm。

步驟4的焊接參數(shù)中，出絲速度為3.0-5.5m/min，焊槍運動速度為10-18mm/s。

步驟5成形過程中，控制復(fù)合結(jié)構(gòu)的基層和復(fù)層之間的層間溫度為200-400℃。

步驟5成形過程中，采用氬氣作為保護(hù)氣，氣體流量為20-30ml/min。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明制備方法可實現(xiàn)厚度100mm以上大尺寸層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造；同時，可實現(xiàn)多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造。本發(fā)明方法可直接制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，增加原料材料利用率，顯著降低生產(chǎn)成本；且制造周期短，生產(chǎn)效率高，在新產(chǎn)品的開發(fā)，定制化生產(chǎn)方面具有明顯的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1復(fù)合結(jié)構(gòu)電觸頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.基層，2.復(fù)層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于這些實施方式。

實施例1

以某復(fù)合結(jié)構(gòu)電觸頭的制造為例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，該復(fù)合結(jié)構(gòu)基層為Cu，高度60mm，復(fù)層為TiC_P-Cu，高度45mm，其結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示。其技術(shù)方案具體包括以下步驟：

步驟1、在計算機中分別對基層1和復(fù)層2的三維模型自下而上剖分成薄層切片，分別設(shè)置基層1中切片厚度為3mm，復(fù)層2中切片厚度為0.6mm。

步驟2、設(shè)定每層切片由填充直線組成，直線偏置量為3mm，這些線條組成電弧的焊接路徑。每層切片路徑的結(jié)尾點為下一層切片路徑的起始點，使整個成形過程中電弧不間斷，以避免成形缺陷，生成復(fù)合結(jié)構(gòu)各層的路徑文件。

步驟3、將基層路徑文件與復(fù)層路徑文件輸入ABB焊接機器人中，選擇基層成形材料為ERCu絲材，復(fù)層成形材料為TiC_P-Cu絲材。

步驟4、設(shè)定基層的焊接參數(shù)，其中出絲速度為4m/min，焊槍運動速度為15mm/s，焊接電流為130A，焊接電壓為15V，設(shè)定復(fù)層的焊接參數(shù)，其中出絲速度為3m/min，焊槍運動速度為16mm/s，焊接電流為110A，焊接電壓為12V。

步驟5、設(shè)定基層與復(fù)層的焊接均為弧焊焊接，成形順序為先基層后復(fù)層，自下而上逐層焊接成形。成形過程中，控制基層與復(fù)層的層間溫度為400℃，并采用99.99％高純氬作為保護(hù)氣，氣體流量為20ml/min。

本實施例所得到的電觸頭結(jié)構(gòu)復(fù)層維氏硬度大于280HV，電導(dǎo)率4.87×10³s/m，在保持優(yōu)良的導(dǎo)電性的同時提升了觸頭的耐磨性，延長了其使用壽命。

實施例2

以某復(fù)合結(jié)構(gòu)電觸頭的的制造為例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，該復(fù)合結(jié)構(gòu)基層為Cu，高度75mm，復(fù)層為TiB₂-Cu，高度45mm，其結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示。其技術(shù)方案具體包括以下步驟：

步驟1、在計算機中分別對基層1和復(fù)層2的三維模型自下而上剖分成薄層切片，分別設(shè)置基層1中切片厚度為2mm，復(fù)層2中切片厚度為0.5mm。

步驟2、設(shè)定每層切片由填充直線組成，直線偏置量為7mm，這些線條組成電弧的焊接路徑。每層切片路徑的結(jié)尾點為下一層切片路徑的起始點，使整個成形過程中電弧不間斷，以避免成形缺陷，生成復(fù)合結(jié)構(gòu)各層的路徑文件。

步驟3、將基層路徑文件與復(fù)層路徑文件輸入焊接機器人中，選擇基層成形材料為ERCu絲材，復(fù)層成形材料為TiB₂-Cu絲材。

步驟4、設(shè)定基層的焊接參數(shù)，其中出絲速度為4m/min，焊槍運動速度為10mm/s，焊接電流為130A，焊接電壓為15V，設(shè)定復(fù)層的焊接參數(shù)，其中出絲速度為5.5m/min，焊槍運動速度為18mm/s，焊接電流為230A，焊接電壓為27V。

步驟5、設(shè)定基層、復(fù)層為弧焊焊接，成形順序為先基層后復(fù)層，自下而上逐層焊接成形。成形過程中，控制基層與復(fù)層的層間溫度為200℃，并采用99.99％高純氬作為保護(hù)氣，氣體流量為30ml/min。

本實施例所得到的該復(fù)合結(jié)構(gòu)復(fù)層維氏硬度大于270HV，電導(dǎo)率4.96×10³s/m，在保持優(yōu)良的導(dǎo)電性的同時提升了該復(fù)合結(jié)構(gòu)的耐磨性，延長了其使用壽命。