本發(fā)明涉及增材等材復(fù)合制造方法領(lǐng)域，特別是涉及一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、增材制造技術(shù)是一種以三維模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過材料堆積的方式實(shí)現(xiàn)零件制造的工藝，在航空、航天、軍工等高端裝備制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著高端裝備向大型化、輕量化、整體化方向發(fā)展，低成本、高效率地制造高質(zhì)量、高可靠性、長壽命的大型復(fù)雜制件對制造技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。

2、目前，大型復(fù)雜制件制造存在一定局限性，第一、大型復(fù)雜制件整體的增材制造面臨著制造成本高、交付周期長的問題；第二、大型復(fù)雜制件的整體鑄造面臨著局部冶金缺陷不可控，產(chǎn)品合格率低的問題；第三、大型復(fù)雜制件難以整體鍛造或整體旋壓。

3、為解決上述技術(shù)問題，現(xiàn)有一種可行的方法是將增材制造技術(shù)(激光直接沉積、電弧熔絲增材制造)與傳統(tǒng)等材制造技術(shù)(鑄造、鍛造、軋制、旋壓)深度融合，在結(jié)構(gòu)相對簡單的部分采用合適的等材制造技術(shù)，在結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的部分采用合適的增材制造技術(shù)，發(fā)揮增材制造和等材制造各自的技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高效低成本制造。

4、然而，增-等材復(fù)合制造存在一定的技術(shù)難題，主要表現(xiàn)為界面冶金缺陷的抑制和界面應(yīng)力變形控制。例如在zl205a高強(qiáng)鋁合金鑄件基體上采用電弧熔絲增材制造高強(qiáng)鋁合金局部結(jié)構(gòu)時，界面處易產(chǎn)生密集型氣孔等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品冶金質(zhì)量；再如，在tc11高強(qiáng)韌鈦合金鍛件基體上采用激光直接沉積鈦合金局部結(jié)構(gòu)時，界面處易出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致大變形甚至開裂；在5b70高強(qiáng)鋁合金旋壓件基體上采用電弧熔絲增材制造局部結(jié)構(gòu)，界面易出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致旋壓件變形。

5、有鑒于此，如何有效地解決增-等材界面易產(chǎn)生冶金缺陷和應(yīng)力變形大的難題，從而實(shí)現(xiàn)高性能大型復(fù)雜制件高效高精度低成本制造，成為增-等材復(fù)合制造技術(shù)發(fā)展和工程應(yīng)用亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

3、s1：將制件分為等材部分和增材部分，所述等材部分和增材部分之間形成增-等材界面；制件根據(jù)其自身的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分解，等材部分對應(yīng)制件中結(jié)構(gòu)相對簡單、容易獲取的結(jié)構(gòu)特征，例如平板、圓筒、圓錐等等，增材部分對應(yīng)制件中結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、不易獲取的結(jié)構(gòu)特征，例如網(wǎng)格、異形結(jié)構(gòu)、薄壁等等。

4、s2：加工等材部分并在所述等材部分靠近所述增-等材界面的位置加工制成等材凸臺，所述等材部分與所述等材凸臺一體設(shè)置；等材制造工藝包括鑄造、鍛造、旋壓等，根據(jù)具體技術(shù)要求和等材部分的結(jié)構(gòu)形式來確定，如平板采用鑄造或鍛造或軋制，圓筒、圓錐等回轉(zhuǎn)體采用旋壓?？紤]到等材部分后續(xù)將與增材部分共同經(jīng)歷熱處理，為避免組織粗大，等材部分通常以熱加工態(tài)或冷加工態(tài)供應(yīng)。等材部分加工后進(jìn)行形性質(zhì)量檢測，形性質(zhì)量檢測包括幾何尺寸、形位公差、粗糙度、力學(xué)性能、表面質(zhì)量檢測(目視檢查、滲透檢測)、內(nèi)部質(zhì)量檢測(超聲波檢測、x射線檢測)，其中力學(xué)性能為熱處理后的力學(xué)性能，其熱處理應(yīng)與產(chǎn)品最終熱處理制度保持一致。幾何尺寸、形位公差和表面質(zhì)量應(yīng)滿足工藝設(shè)計(jì)圖紙要求，力學(xué)性能和無損檢測應(yīng)滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

5、s3：在步驟s2加工制成的等材凸臺上加工增材部分。

6、采用上述技術(shù)方案的有益效果是：

7、本申請針對冶金缺陷抑制在等材部分上對應(yīng)增-等材界面設(shè)置了等材凸臺，且增材部分在等材凸臺上加工，使得增材部分的加工區(qū)域從等材部分的整個上表面轉(zhuǎn)變?yōu)榈炔耐古_上的局部小面積表面，實(shí)現(xiàn)了等材部分和增材部分加工區(qū)域的物理隔離，降低了增材部分加工時產(chǎn)生的載能束熱輸入對于等材部分組織性能的熱影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)冶金缺陷抑制的技術(shù)效果。此外，等材凸臺還可以為增材部分加工區(qū)域提供更好的散熱邊界和目視檢測制造邊界氣孔、未熔合等冶金缺陷提供更好的條件。

8、進(jìn)一步的，在所述步驟s2中：所述等材凸臺的高度為5～10mm。在所述等材凸臺上加工形成多個應(yīng)力釋放孔。應(yīng)力釋放孔可降低增-等材界面的應(yīng)力水平，從而控制變形和抑制開裂。所述應(yīng)力釋放孔的大小、深度和數(shù)量通過有限元仿真計(jì)算來確定。

9、進(jìn)一步的，在步驟s3中，所述增材部分加工前，對所述等材部分和所述等材凸臺做清潔和預(yù)熱處理；所述增材部分加工后，對制件做去應(yīng)力處理和熱處理。

10、所述清潔處理包括：烘烤、打磨和擦拭；對所述等材部分和所述等材凸臺進(jìn)行烘烤，烘烤溫度為200～250℃，保溫時間為1～2h；烘烤結(jié)束后，對所述等材凸臺進(jìn)行打磨，去除等材凸臺表面氧化皮；打磨結(jié)束后，利用無水酒精去除所述等材部分和等材凸臺表面的粉塵。

11、所述預(yù)熱處理包括：采用加熱板或加熱繩對所述等材部分和所述等材凸臺進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)所述等材部分和所述等材凸臺由鋁合金材料制成時，預(yù)熱溫度為80～120℃；當(dāng)所述等材部分和所述等材凸臺由鈦合金材料制成時，預(yù)熱溫度150～200℃。

12、所述去應(yīng)力處理為去應(yīng)力退火或去應(yīng)力振動，對于大型復(fù)雜制件，需要在增材部分加工結(jié)束后24h內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力處理。

13、所述熱處理按試驗(yàn)驗(yàn)證和評審固化后的熱處理制度執(zhí)行，應(yīng)選擇符合gjb?509b或hb?5354或其他標(biāo)準(zhǔn)要求的加熱爐，對于可熱處理強(qiáng)化鋁合金，采用固溶時效熱處理，加熱爐類別不低于ⅱ類；對于不可熱處理強(qiáng)化鋁合金，采用完全退火熱處理，加熱爐類別不低于ⅲ類；對于鈦合金采用雙重退火，加熱爐類別不低于ⅲ類。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙和加工技術(shù)要求，合理安排機(jī)加工工序和工藝，對增材部分進(jìn)行粗加工、半精加工、精加工。形性質(zhì)量檢測包括幾何尺寸、形位公差、粗糙度、力學(xué)性能、表面質(zhì)量檢測(目視檢查、滲透檢測)、內(nèi)部質(zhì)量檢測(超聲波檢測、x射線檢測)。幾何尺寸、形位公差、粗糙度應(yīng)滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙要求；力學(xué)性能為制件熱處理后的力學(xué)性能，包括等材部分、增-等材界面及增材部分的力學(xué)性能，取樣方向包括平行沉積增高方向(z向)和垂直沉積增高方向(x向或y向)，測試結(jié)果均應(yīng)滿足產(chǎn)品性能要求；表面質(zhì)量檢測和內(nèi)部質(zhì)量檢測按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，應(yīng)滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

14、進(jìn)一步的，加工增材部分采用激光直接沉積和/或電弧熔絲；根據(jù)增材部分的材料和結(jié)構(gòu)，選擇合適的增材部分制造工藝；對于鈦合金或精細(xì)結(jié)構(gòu)，采用激光直接沉積；對于鋁合金或非精細(xì)結(jié)構(gòu)，采用電弧熔絲增材制造。為避免冶金缺陷和降低增-等材界面的應(yīng)力，增材部分制造采用往復(fù)式連續(xù)掃描軌跡，相鄰層掃描軌跡正交，軌跡間距合理適合搭接；激光直接沉積主要工藝參數(shù)包括激光功率、光斑尺寸、送粉速度、掃描速度、掃描間距等，對于鈦合金，一般配備除氧除水循環(huán)凈化系統(tǒng)，確保制造環(huán)境氧含量≤50ppm、水含量≤50ppm，以避免氧化和吸氫；電弧熔絲增材制造主要工藝參數(shù)包括焊接電流、焊接電壓、送絲速度、焊接速度、層間溫度、軌跡間距等，對于鋁合金，一般配備加熱除濕循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，確保制造環(huán)境相對濕度≤50％，以避免產(chǎn)生氣孔。

技術(shù)特征：

1.一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在所述步驟s2中：在所述等材凸臺(3)上加工形成多個應(yīng)力釋放孔(4)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述應(yīng)力釋放孔(4)的大小、深度和數(shù)量通過有限元仿真計(jì)算來確定。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟s3中，所述增材部分(2)加工前，對所述等材部分(1)和所述等材凸臺(3)做清潔和預(yù)熱處理；所述增材部分(2)加工后，對制件做去應(yīng)力處理和熱處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述清潔處理包括：烘烤、打磨和擦拭；對所述等材部分(1)和所述等材凸臺(3)進(jìn)行烘烤，烘烤溫度為200～250℃，保溫時間為1～2h；烘烤結(jié)束后，對所述等材凸臺(3)進(jìn)行打磨，去除等材凸臺(3)表面氧化皮；打磨結(jié)束后，利用無水酒精去除所述等材部分(1)和等材凸臺(3)表面的粉塵。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述預(yù)熱處理包括：采用加熱板或加熱繩對所述等材部分(1)和所述等材凸臺(3)進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)所述等材部分(1)和所述等材凸臺(3)由鋁合金材料制成時，預(yù)熱溫度為80～120℃；當(dāng)所述等材部分(1)和所述等材凸臺(3)由鈦合金材料制成時，預(yù)熱溫度150～200℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述去應(yīng)力處理為去應(yīng)力退火或去應(yīng)力振動。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述等材凸臺(3)的高度為5～10mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向增-等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，其特征在于，加工增材部分(2)采用激光直接沉積和/或電弧熔絲；加工過程采用復(fù)式連續(xù)掃描軌跡，相鄰層掃描軌跡正交。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種面向增?等材復(fù)合制造界面過渡設(shè)計(jì)方法，涉及增材等材復(fù)合制造方法領(lǐng)域，包括以下步驟：S1：將制件分為等材部分和增材部分，等材部分和增材部分之間形成增?等材界面；S2：加工等材部分并在等材部分靠近增?等材界面的位置加工制成等材凸臺，等材部分與等材凸臺一體設(shè)置；S3：在步驟S2加工制成的等材凸臺上加工增材部分。通過等材凸臺解決冶金缺陷抑制的問題，通過應(yīng)力釋放孔解決應(yīng)力變形控制的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：王湘平,楊永紅,劉素霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安鑫泰航智能制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10