本發(fā)明涉及增材制造，特別是涉及一種高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法。

背景技術(shù)：

1、高強(qiáng)鋁合金內(nèi)流道部件在航天航空、軍工制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的高強(qiáng)鋁合金內(nèi)流道部件往往是通過(guò)機(jī)加工打孔成形，但受限于刀具的長(zhǎng)度和形狀，機(jī)加工藝制造的部件主要存在以下問(wèn)題：1、內(nèi)流道直來(lái)直往，90°拐角會(huì)加劇流道內(nèi)氣壓衰減；2、長(zhǎng)內(nèi)流道部件必須分段制造再組裝成形，多次裝配存在定位精度不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，制件合格率低；3、工藝孔的存在要求部件壁厚設(shè)計(jì)余量多，以上冗余質(zhì)量阻礙了有效裝填比的提升。

2、伴隨著航天航空、軍工制造等領(lǐng)域的產(chǎn)品向輕量化、高強(qiáng)度化發(fā)展，高強(qiáng)鋁合金內(nèi)流道部件由直流道設(shè)計(jì)為曲形流道已成為主流趨勢(shì)，但曲形內(nèi)流道部件無(wú)法采用機(jī)加打孔工藝制造。

3、增材制造是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜異形金屬部件一體成形的有效方法，目前增材制造的主流工藝包括激光選區(qū)熔化、電子束選區(qū)熔化、激光熔融沉積、電子束自由成形和電弧增材制造等五種。其中，激光增材制造工藝(激光選區(qū)熔化、激光熔融沉積)成形的鋁合金部件，雖然尺寸精度高，但易出現(xiàn)裂紋，部件強(qiáng)度難以滿足當(dāng)前航天航空、軍工制造等領(lǐng)域中燃?xì)庀到y(tǒng)等的強(qiáng)度要求；而電子束選區(qū)熔化、電子束自由沉積和電弧增材制造等工藝成形的鋁合金部件，則表面粗糙度很高，尺寸精度無(wú)法滿足當(dāng)前航天航空、軍工制造等領(lǐng)域中燃?xì)庀到y(tǒng)等的尺寸精度要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于傳統(tǒng)的增材制造工藝在制造鋁合金曲形內(nèi)流道部件時(shí)無(wú)法兼顧很高的強(qiáng)度、很高的加工效率和很高的尺寸精度的問(wèn)題，有必要提供一種能夠提高鋁合金部件強(qiáng)度和尺寸精度的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法。

2、一種高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，包括步驟：

3、建立高強(qiáng)度鋁合金曲形內(nèi)流道部件的三維打印模型；

4、根據(jù)所述高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的表面是否可機(jī)加以及不可機(jī)加工部位的設(shè)計(jì)精度對(duì)所述三維打印模型進(jìn)行標(biāo)注，以在所述三維打印模型上標(biāo)注出電子束打印部分和激光/電子束復(fù)合打印部分；

5、對(duì)電子束/激光粉末床復(fù)合熔融成形設(shè)備的工作艙室依次進(jìn)行抽真空、充入惰性保護(hù)氣體及抽真空預(yù)設(shè)次數(shù)；

6、啟動(dòng)電子束/激光粉末床復(fù)合熔融成形設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)，以將高強(qiáng)鋁合金粉末鋪平；

7、啟動(dòng)電子束/激光粉末床復(fù)合熔融成形設(shè)備的電子束發(fā)生系統(tǒng)，以將鋪粉后的粉末床預(yù)熱至預(yù)設(shè)溫度；

8、啟動(dòng)電子束/激光粉末床復(fù)合熔融成形設(shè)備的激光光路系統(tǒng)，利用所述電子束發(fā)生系統(tǒng)根據(jù)所述電子束打印部分進(jìn)行層疊打印，利用所述電子束發(fā)生系統(tǒng)和所述激光管路系統(tǒng)根據(jù)所述激光/電子束復(fù)合打印部分進(jìn)行層疊打印，以獲得一體精密制造部件；

9、將所述一體精密制造部件在所述工作艙室內(nèi)隨爐冷卻至室溫；

10、向所述工作艙室內(nèi)充入惰性保護(hù)氣體，直至所述工作艙室內(nèi)的氣壓與外界大氣壓；

11、開啟所述工作艙室的艙門，取出冷卻后的一體精密制造部件。

12、在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述三維打印模型上標(biāo)注出電子束打印部分和激光/電子束復(fù)合打印部分的步驟，包括：

13、將所述三維打印模型上對(duì)應(yīng)所述高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的表面可機(jī)加工的部分標(biāo)注為所述電子束打印部分；

14、將所述三維打印模型上對(duì)應(yīng)所述高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的表面不可機(jī)加工的部分中尺寸精度絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)精度絕對(duì)值的部分標(biāo)注為所述電子束打印部分；

15、將所述三維打印模型中對(duì)應(yīng)所述高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的表面不可機(jī)加工的部分中尺寸精度絕對(duì)值小于或等于所述預(yù)設(shè)精度絕對(duì)值的部分標(biāo)注為激光/電子束復(fù)合打印部分。

16、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述激光/電子束復(fù)合加工部分包括激光打印層及電子束打印層；

17、將所述三維打印模型上對(duì)應(yīng)所述高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件表面不可機(jī)加工部位中尺寸精度絕對(duì)值小于或等于所述預(yù)設(shè)精度絕對(duì)值的部位中，不可機(jī)加工表面向芯部延伸深度小于預(yù)設(shè)深度值的區(qū)域標(biāo)注為所述激光打印層；

18、將所述三維打印模型上對(duì)應(yīng)所述高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件表面不可機(jī)加工部位中尺寸精度絕對(duì)值大于所述預(yù)設(shè)精度絕對(duì)值的部位中，不可機(jī)加工表面向芯部延伸深度大于或等于所述預(yù)設(shè)深度值的區(qū)域標(biāo)注為所述電子束打印層。

19、在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述激光/電子束復(fù)合打印部分中，所述預(yù)設(shè)深度為0.3mm至對(duì)應(yīng)部位厚度值。在其中一個(gè)實(shí)施例中，開啟所述工作艙室的艙門，取出冷卻后的成形制件的步驟之后，還包括：

20、利用高壓流體沖刷所述成形制件的內(nèi)流道，直至所述內(nèi)流道內(nèi)無(wú)粉末殘留、掛渣。

21、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)溫度≤500℃。

22、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)精度絕對(duì)值≤0.2mm。

23、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)次數(shù)≥2次。

24、在其中一個(gè)實(shí)施例中，在執(zhí)行逐層打印步驟時(shí)，所述工作艙室內(nèi)的壓強(qiáng)小于8×10-3pa；和/或

25、執(zhí)行打印步驟時(shí)，打印層厚為40μm～100μm；和/或

26、在執(zhí)行打印步驟時(shí)，激光掃描速度為600mm/s～1400mm/s，電子束的掃描速度為750mm/s～1250mm/s。

27、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述高強(qiáng)鋁合金粉末的粒徑為40μm?～150μm。

28、上述高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，通過(guò)執(zhí)行建立三維打印模型并在三維打印模型上標(biāo)注出電子束打印部分和激光/電子束復(fù)合打印部分，并利用激光和電子束復(fù)合打印的方式獲得高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件上尺寸精度要求高的部位，利用電子束打印的方式獲得高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件上的其他力學(xué)強(qiáng)度要求高且制造效率高的部位，故上述增材制造方法通過(guò)將電子束打印和激光打印相結(jié)合的方式，以獲得尺寸精度高、力學(xué)性能優(yōu)異的高強(qiáng)合金曲形內(nèi)流道部件。在執(zhí)行打印步驟之前，對(duì)工作艙內(nèi)執(zhí)行抽真空、沖入惰性保護(hù)氣體、抽真空的步驟，以保證打印過(guò)程中工作艙室內(nèi)優(yōu)異的真空環(huán)境，進(jìn)一步提高高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的力學(xué)性能。在打印完成后通過(guò)執(zhí)行隨爐冷卻的步驟，在提高打印安全性的同時(shí)，降低了一體精密制造部件在冷卻過(guò)程中表面被氧化的概率，進(jìn)一步保證了產(chǎn)品尺寸精度。

29、根據(jù)實(shí)踐證明，通過(guò)上述高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法獲得的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的抗拉強(qiáng)度≥420mpa，斷裂延長(zhǎng)率≥8%，尺寸精度優(yōu)于±0.2mm，相比傳統(tǒng)的“型材+機(jī)加工”工藝，對(duì)曲形內(nèi)流道結(jié)構(gòu)的成形性更好。

30、因此，上述高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法的使用，可以獲得兼顧很高尺寸精度和很高力學(xué)強(qiáng)度的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件，以滿足當(dāng)前航空航天、軍工制造等領(lǐng)域的燃?xì)庀到y(tǒng)等部件的尺寸精度要求和力學(xué)強(qiáng)度的要求。

技術(shù)特征：

1.一種高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，其特征在于，包括步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，其特征在于，在所述三維打印模型上標(biāo)注出電子束打印部分和激光/電子束復(fù)合打印部分的步驟，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，其特征在于，所述激光/電子束復(fù)合加工部分包括激光打印層及電子束打印層；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，其特征在于，在所述激光/電子束復(fù)合打印部分中，所述預(yù)設(shè)深度為0.3mm至對(duì)應(yīng)部位厚度值。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)精度絕對(duì)值≤0.2mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，其特征在于，開啟所述工作艙室的艙門，取出冷卻后的成形制件的步驟之后，還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)溫度≤500℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)次數(shù)≥2次。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，其特征在于，在執(zhí)行逐層打印步驟時(shí)，所述工作艙室內(nèi)的壓強(qiáng)小于8×10-3pa；和/或

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，其特征在于，所述高強(qiáng)鋁合金粉末的粒徑為40μm～150μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法。上述高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的一體精密增材制造方法，利用激光和電子束復(fù)合打印的方式獲得高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件尺寸精度要求高的部位，利用電子束打印的方式獲得高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件上的其他力學(xué)強(qiáng)度要求高且制造效率高的部位，通過(guò)將電子束打印和激光打印相結(jié)合的方式，獲得尺寸精度高、力學(xué)性能優(yōu)異的高強(qiáng)合金曲形內(nèi)流道部件。對(duì)工作艙室內(nèi)執(zhí)行抽真空、沖入惰性保護(hù)氣體、抽真空的步驟，進(jìn)一步提高高強(qiáng)鋁合金曲形內(nèi)流道部件的力學(xué)強(qiáng)度。通過(guò)執(zhí)行隨爐冷卻的步驟，提高打印安全性，降低了一體精密制造部件在冷卻過(guò)程中表面被氧化的概率，進(jìn)一步保證了產(chǎn)品尺寸精度。

技術(shù)研發(fā)人員：肖鵬,楊凱,李蒙,袁謀純,陳軍,李光,劉思雨,羅湘婷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南云箭集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26