一种飞机翼梁类零件的增材制造方法

摘要

本发明提出一种飞机翼梁类零件的增材制造方法，所述飞机翼梁类零件由腹板、缘条、立柱三部分组成。加工时先将基板安装在变位机上，基板工作面平行于地面为初始状态，在基板上沉积两缘条和腹板，待两缘条和腹板的高度达到下一步要沉积的立柱下表面所处的设计高度时，再单独沉积腹板，使腹板和缘条的高度差达到所述立柱厚度，将变位机工作台绕翻转轴翻转90°，腹板平行于地面，腹板在缘条下方，然后按设计尺寸沉积立柱，完毕后，将变位机工作台绕翻转轴反向翻转90°，回到初始状态，再沉积两缘条和腹板，不断重复上述过程，最终完成飞机翼梁类零件的加工。使用此方法加工后零件的组织均匀一致，而且变形非常小。

说明书

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及飞机翼梁类零件(如图2示)的 增材制造方法。

背景技术

一种飞机翼梁类零件由腹板、缘条、立柱三部分组成。目前对于这种 飞机翼梁类零件的增材制造方法，可为电弧送丝增材制造或激光送粉熔化 增材制造。传统的方法为水平式的，选择和腹板大小相当的基板，加工完 成后基板即为腹板。在基板上选择缘条和立柱的沉积起始点，按照所述立 柱和缘条所设计的尺寸，逐层沉积所述立柱和缘条，直至沉积高度达到缘 条和立柱的高度，其加工示意图如图1示。

飞机翼梁类零件的水平式的加工步骤为：

(1)将基板装夹好；

(2)在基板上选择立柱和缘条的沉积起始点，按立柱和缘条的设计的 尺寸和加工顺序沉积各立柱和两缘条，如图1(a)-(b)示；

(3)不断地重复步骤(2)，直至立柱和缘条的高度达到设计的高度， 停止沉积，如图1(c)示；

在增材制造过程中，在局部热源作用下，基板上和已经沉积部分的温 度分布都不均匀，导致基板和零件上各个位置膨胀收缩不一致，采用水平 式的方法加工时将基板作为腹板，由于腹板面积较大，而且长宽比较大， 沉积完成后零件内有较大的残余应力，非常容易变形，因此加工精度变差。 此外由于基板为扎制组织，加工后基板即为腹板，而缘条和立柱为焊接组 织，两者相差很大，因此在缘条和立柱与腹板连接处两侧组织不同，力学 性能也不同，易产生处应力集中，因而容易产生裂纹。

发明内容

针对现有技术存在问题，本发明提出一种飞机翼梁类零件的增材制造 方法，所述飞机翼梁类零件由腹板、缘条、立柱三部分组成。本方法为竖 直式加工，先将基板安装在变位机上，基板工作面平行于地面为初始状态， 在基板上选择沉积起始点，沉积两缘条和腹板，待两缘条和腹板的高度达 到下一步要沉积的立柱下表面所处的设计高度时，再单独沉积腹板，使腹 板和缘条的高度差达到所述立柱厚度，将变位机工作台绕翻转轴翻转90°， 腹板平行于地面，腹板在缘条下方，然后按设计尺寸沉积所述立柱，完毕 后，将变位机工作台绕翻转轴反向翻转90°，回到初始状态，再进行两缘 条和腹板的沉积，不断重复上述过程，最终完成飞机翼梁类零件的增材制 造，其加工示意图如图3。

如上所述的飞机翼梁类零件的增材制造，其包括如下步骤：

(1)将基板安装在变位机上，使基板工作面处于平行于地面的初始状 态，在基板工作面上选择腹板和两缘条的沉积起始点，腹板与基板工作面 的交线与变位机的翻转轴平行；

(2)按设计尺寸，逐层沉积两缘条和腹板，使其沉积的高度达到下一 步要沉积的立柱的下表面所处的设计高度，停止沉积；

(3)继续沉积所述腹板，直至其高度与所述缘条高度的差为所述立柱 设计厚度，停止沉积；

(4)将变位机工作台绕翻转轴翻转90°，使基板工作面垂直于地面， 所述腹板处于所述缘条的下方，在所述腹板上按照立柱的设计尺寸，沉积 所述立柱，当所述立柱的沉积高度达到所述缘条的宽度时，停止沉积；

(5)将变位机工作台绕翻转轴反向翻转90°，使基板处于初始状态, 在所述腹板和立柱上选择所述腹板和缘条的沉积起始点；

(6)不断重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)，直至完成所有沉积，形成 飞机翼梁类零件。

进一步的，所述的飞机翼梁类零件的增材制造方法中，所用的沉积方 法为电弧送丝熔化或激光送粉熔化。

进一步的，所述的飞机翼梁类零件的增材制造方法中，所用的材料包 括铝合金、钛合金、高强钢。

进一步的，所述的飞机翼梁类零件的增材制造方法中，所用的变位机 为两轴变位机，包括回转轴和翻转轴，变位机的工作台可以绕翻转轴翻转， 绕回转轴旋转。

本发明对飞机翼梁类零件的增材制造方法进行改进，可取得良好的成 形质量，具有以下优点：

(1)由于腹板通过沉积过程生成，不需要与腹板尺寸相当的基板，所 用基板与零件端面大小相当，较水平式的加工方法使用的基板小，因此变 形也非常小，零件的加工精度较水平式加工方法高。

(2)本发明中缘条和立柱与腹板的组织一致都为焊接组织，性能一致， 避免了缘条和立柱与腹板连接处的组织和性能的突变，不易出现裂纹。

附图说明

图1(a)-(c)是飞机翼梁类零件传统方法的加工过程示意图；

图2是飞机翼梁类零件的示意图；

图3(a)-(h)是飞机翼梁类零件本发明加工过程示意图；

图4是竖直式加工完成的零件；

图1(a)中的标号1、2、3、4、5为现有技术中各立柱的沉积顺序， 6-基板，7-缘条第一层，8-缘条，9-腹板，10-立柱，11-缘条第一层，12-腹 板第一层，13-基板，14-立柱第一层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的 本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可 以相互组合。

本实施例要实现的上述飞机翼梁类零件的增材制造，其零件腹板设计 尺寸为1000mm*200mm*8mm、缘条尺寸为1000mm*150mm*8mm，两缘条 间分布着五个立柱，每个立柱等间距分布，立柱尺寸均为 150mm*150mm*8mm。所用基板尺寸为250mm*220mm*40mm，焊丝为直 径1.2mm的TC4钛合金焊丝，基板材料为轧制TC4钛合金，使用电弧送丝 增材制造焊接电流为108A，送丝速度为1.5m/min，焊接速度为3mm/s。具 体制造步骤如下：

(1)将基板安装在变位机上，使基板工作面处于平行于地面的初始状 态，在基板上选择基腹板和两缘条的沉积起始点，腹板与基板工作面的交 线与变位机的翻转轴平行；

(2)按设计尺寸，逐层沉积两缘条和腹板，每沉积一层焊枪升高1mm， 直至所述腹板和缘条沉积的高度达到下一步将要沉积的立柱下表面所处的 设计高度，所述腹板和缘条本步沉积的高度为196mm，如图3(a)、(b)、 (c)示；

(3)继续逐层沉积所述腹板，每沉积一层焊枪升高1mm，直至所述腹 板高度与所述缘条高度差为所述立柱的设计厚度，本实施例中高度差为 8mm，如图3(d)示；

(4)将变位机工作台绕翻转轴翻转90°，使基板垂直于地面，此时所 述腹板处于所述缘条的下方；在所述腹板上按照立柱的设计尺寸，逐层沉 积所述立柱，每沉积一层焊枪升高1mm，至所述立柱的沉积高度达到所述 缘条的宽度时，停止沉积，本实例中立柱的沉积高度为150mm，如图3(e)、 (f)示；

(5)将变位机工作台绕翻转轴反向翻转90°，使基板处于初始状态， 在所述腹板和立柱的上表面选择所述腹板和缘条的沉积起始点，如图3(g) 示；

(6)不断重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)，直至完成所有沉积，形成 飞机翼梁类零件，如图3(h)、图4示。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。