一种激光选区熔化成形内火焰筒的方法 |
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| 申请号 | CN202211419037.9 | 申请日 | 2022-11-14 | 公开(公告)号 | CN118023537A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 北京动力机械研究所; | 发明人 | 郭昆; 王亚军; 郑俊超; 马瑞; 赵嘉成; 薛丽男; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出一种激光选区 熔化 成形内火焰筒的方法，通过设置随形的实体肋板结构，降低内火焰筒在激光选区熔 化成 形过程中的 变形 量,提高产品的表面光洁度，保证内火焰筒的成形 质量 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种激光选区熔化成形内火焰筒的方法，其特征在于，通过以下步骤实现： |
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| 说明书全文 | 一种激光选区熔化成形内火焰筒的方法技术领域背景技术[0002] 随着科技进步，航空发动机推重比不断提高，燃烧室温升和燃烧室工作温度也不断提高，对燃烧室尤其火焰筒材料耐高温、持久蠕变等性能要去愈发严格。目前航空发动机燃烧室，尤其环形燃烧室火焰筒广泛采用气流冷却、热障涂层等技术，实现在现有材料基础上燃烧室最大温升，提高燃烧室及发动机整体性能。 [0003] 内火焰筒是燃烧室的主要构件，是组织燃烧的场所，可以增加滚流比，提高燃烧效率和热效率，提升燃油经济性及动力性排放性。内火焰筒为薄壁回转体零件。传统的加工方案，需要经过钣金成形、热处理去应力、组合焊接、焊后校形、焊后去应力、激光打孔、精加工等诸多工序，加工周期长。采用激光选区熔化成形方案，可以实现内火焰筒整体成形，不需多个零部件配套，避免了传统加工方案中成形难度大、焊接变形大、加工周期长等问题，并能提高生产效率。 [0004] 内火焰筒的选区熔化成形方案与传统的加工方案相比具有明显优势，但在激光选区熔化成形的过程中，存在高度定向的热输入以及快速热源的作用下，粉床局部会经历快速加热和冷却的过程，使零件产生残余应力，从而影响零件的成形尺寸及成形精度。这种影响对于像内火焰筒这种的薄壁件来说格外明显，且内火焰筒为异形曲面结构，需要将曲面上添加支撑来抑制曲面的变形，但目前主流的支撑添加方式为通过MAGICS软件在产品上添加网格支撑、锥支撑。轮廓支撑等支撑结构的支撑添加方式满足了产品在打印时的结构强度，但是在去除支撑时会在表面上留下较多的凹点和凸坑，会影响零件的表面质量，且由于零件为薄壁结构，不易进行打磨。 发明内容[0005] 本发明的目的在于克服现有技术不足之一，提供了一种激光选区熔化成形内火焰筒的方法。 [0006] 本发明的技术解决方案：一种激光选区熔化成形内火焰筒的方法，通过以下步骤实现： [0007] 第一步，设计多个均布于内火焰筒外侧的实体肋板作为辅助结构，实体肋板一侧与内火焰筒外表面随型； [0008] 第二步，建立内火焰筒激光选区熔化成形模型，在模型上添加支撑结构和第一步设计的辅助结构，对模型、支撑结构和辅助结构进行切片填充处理； [0009] 第三步，激光选区熔化成形工艺参数设计，实体肋板成形激光功率低于内火焰筒成形激光功率,实体肋板成形扫描速度高于内火焰筒成形扫描速度； [0010] 第四步，采用第三步设计利用激光选区熔化成形工艺制备内火焰筒； [0011] 第五步，辅助结构和支撑结构去除。 [0012] 一种采用上述任一方法成形的内火焰筒。 [0013] 本发明与现有技术相比的有益效果： [0014] (1)本发明设置随形的实体肋板结构，降低内火焰筒在激光选区熔化成形过程中的变形量,提高产品的表面光洁度，保证内火焰筒的成形质量； [0017] 图1为本发明流程图； [0018] 图2为本发明实体肋板与内火焰筒本体连接示意图； [0019] 图3为本发明实体肋板结构示意图； [0021] 图5为本发明实施例随炉试块腐蚀态组织图片。 具体实施方式[0022] 下面结合具体实例及附图对本发明进行详细说明。 [0023] 本发明如图1所示，提供一种激光选区熔化成形内火焰筒的方法，通过以下步骤实现： [0024] 第一步，设计多个均布于内火焰筒外侧的实体肋板作为辅助结构，实体肋板一侧与内火焰筒外表面随型。 [0025] 如图2、3所示，实体肋板1为片状结构，沿周向均布于内火焰筒2外侧，用于抑制曲面的变形。 [0027] 进一步，本步骤实体肋板根据内火焰筒壁厚、变形量及便于脱离等需求，设计实体肋板单片厚度、数量及在内火焰筒2外侧周向上的布局。 [0028] 实体肋板采用现有三维制图软件进行结构建模，并添加加工余量，可借鉴现有技术进行设计。 [0029] 第二步，建立内火焰筒激光选区熔化成形模型，在模型上添加支撑结构和第一步设计的辅助结构，对模型、支撑结构和辅助结构进行切片填充处理。 [0030] 本步骤中，支撑结构包括在内火焰筒的底部添加网格支撑、锥支撑和轮廓支撑等，具体设计可参见现有技术。 [0031] 本步骤可利用现有的设计软件进行，如MAGICS软件等进行，具体还包括内火焰筒激光选区熔化成形的成形摆放、模型修复、支撑添加、辅助结构添加及切片填充处理。 [0032] 第三步，激光选区熔化成形工艺参数设计，实体肋板成形激光功率低于内火焰筒成形激光功率,实体肋板成形扫描速度高于内火焰筒成形扫描速度。 [0033] 进一步，本步骤中为提高内火焰筒外表面质量，避免外表面上留下较多的凹点和凸坑，对激光选区熔化成形工艺参数进行特殊设计，减弱随形实体肋板的强度，使其易于去除。 [0034] 优选的，本步骤中实体肋板成形激光功率PL＝PN‑ΔP，其中PN为内火焰筒成形激光功率，ΔP为激光功率阈值，取值在满足激光选区熔化成形工艺实现的前提下，以内火焰筒外表面质量为优化目标进行优化。优选的ΔP取值范围为(5％‑20％)PN；更优选的，ΔP取值范围为70W～150W。 [0035] 进一步优选，本步骤中实体肋板成形扫描速度sL＝sN+Δs，其中sN为内火焰筒成形扫描速度，Δs为扫描速度阈值，取值在满足激光选区熔化成形工艺实现的前提下，以内火焰筒外表面质量为优化目标进行优化。优选的Δs取值范围为(5％‑20％)sN；更优选的，Δs取值范围为200mm/s～400mm/s。 [0036] 本步骤中，其他激光选区熔化成形工艺参数可借鉴本领域公知技术设计。 [0037] 第四步，采用第三步设计利用激光选区熔化成形工艺制备内火焰筒。 [0038] 本步骤中内火焰筒激光选区熔化成形过程在惰性气氛中进行，采用的激光选区熔化成形设备为本领域公知设备。激光选区熔化成形采用的原料根据内火焰筒要求选择，具体为本领域公知技术。 [0039] 第五步，辅助结构和支撑结构去除。 [0040] 第五步辅助结构和支撑结构去除可采用机械工具等常规手段去除，可对去除面进行轻微打磨抛光等处理。 [0041] 本步骤中还包括清粉处理，均可借鉴本领域公知技术。 [0042] 还包括第六步，热处理。 [0043] 将成形的内火焰筒及随炉试棒进行热处理，具体热处理工艺可参见本领域公知技术。 [0044] 进一步，本发明还提供一种采用上述方法成形的内火焰筒。 [0045] 实施例1 [0046] 一种激光选区熔化成形内火焰筒的方法，采用高温合金3536粉末进行激光选区熔化成形包括以下步骤： [0047] 1、利用三维制图软件在内火焰筒的异形曲面上添加实体肋板，在零件底部添加1mm的加工余量。 [0048] 2、利用MAGICS软件进行内火焰筒的成形摆放，将产品的模型的坏边、孔洞、缝隙等错误进行修复。在产品的底部添加网格支撑、锥支撑以及轮廓支撑。利用激光选区熔化成形设备制备内火焰筒零件。 [0049] 3、激光选区熔化成形工艺参数设计，所添加的实体肋板成形激光功率比零件本体成形激光功率低80W，且扫描速度比零件成形扫描速度快200mm/s。 [0050] 4、对内火焰筒进行激光选区熔化成形，采用上述工艺，逐层打印实现内火焰筒的激光成形，激光选区熔化成形在Ar气保护气氛中进行。打印完成后，对零件进行清粉，然后从基板上切割下所打印的内火焰筒部件，进行支撑的去除，进行超声表面去污处理，再对内火焰筒及其随炉试棒及其金相块进行热处理。 [0051] 热处理后将随炉试棒和金相试块进行性能测试，热等静压温度为1175±15℃，固溶温度为1180±15℃。 [0052] 力学性能测试结果如表1所示。图4是本实施例制备的内火焰筒试样的抛光态金相照片，图5位本实例制备的内火焰筒试样腐蚀态金相图片。从图中可以看出本发明制备的内火焰筒表面观察不到裂纹缺陷，金相组织为板状马氏体和残余奥氏体。 [0053] 表1 [0054] [0055] 本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。 |
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