采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法

摘要

本发明的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法设计模具作为基材，采用激光熔覆沉积成形技术在模具表面逐层沉积增材形成表面镂空薄壁零件，再脱模使表面镂空薄壁零件与模具分离。本发明的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，解决了无支撑区域表面镂空薄壁零件的加工成形问题。

说明书

技术领域

本发明涉及表面镂空薄壁零件制造领域，具体涉及一种采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法。

背景技术

在航天领域，表面镂空薄壁零件非常具有典型性，这类零件一般经过轻量化处理使得整体重量达到最优化，并且属于兼具精密功能性和精巧承力作用的构件。因此，表面镂空薄壁零件成形制造过程中要求不变形、无残余应力、无热影响以及零件制造周期高效、低成本。更甚的是，这类零件材料具有高硬度、难焊接、难铸造等特点，传统的机加工、焊接、铸造等方法难以奏效。

为了配合大尺寸表面镂空薄壁零件的加工成形，一些增材制造方法被广泛研究应用。其中较成熟的一种方法是激光熔覆沉积成形技术（Laser Cladding），该技术通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的熔覆层，通过持续的激光熔覆作用实现金属材料层层沉积并最终形成零件增材制造成形，这种增材制造方法又称为激光近净成形技术（Laser Engineered Net Shaping，LENS）或激光金属沉积技术（Laser Metal Deposition ，LMD）。但激光熔覆沉积成形技术难以制造无支撑区域的表面镂空零件，亟需提出一种方法解决无支撑区域表面镂空薄壁零件的加工成形问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，解决了无支撑区域表面镂空薄壁零件的加工成形问题。

为了达到上述的目的，本发明提供一种采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，其特征在于，设计模具作为基材，采用激光熔覆沉积成形技术在模具表面逐层沉积增材形成表面镂空薄壁零件，再脱模使表面镂空薄壁零件与模具分离。

上述采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，其中，在所述模具内设置流道，往流道内充入液氮冷却使模具收缩，使模具与表面镂空薄壁零件脱离，实现脱模。

上述采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，其中，采用只对模具材料具有腐蚀作用的腐蚀溶液，将带有表面镂空薄壁零件的模具浸入该腐蚀溶液中，利用腐蚀溶液腐蚀模具实现脱模。

上述采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，其中，采用流动的腐蚀溶液。

上述采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，其中，在反应器皿上配置自动控温装置。

上述采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，其中，所述模具采用刚玉砂制作。

上述采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，其中，采用流动的氢氧化钠溶液为腐蚀溶液，将带有表面镂空薄壁零件的模具浸入该腐蚀溶液中，利用腐蚀溶液腐蚀模具实现脱模。

上述采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，其中，采用机器人型激光熔覆设备。

上述采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，其中，所述模具包括模具体和模具轴，所述模具轴穿插过所述模具体。

上述采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，其中，所述模具体和模具轴采用装配结构。

本发明的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，设计模具作为激光熔覆沉积成形技术的基材，实现了无支撑区域表面镂空薄壁零件的制造；

本发明的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，可用于制造结构复杂、大尺寸表面镂空薄壁零件，且可进行批量生产；

本发明的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，制造过程不变形、无残余应力、无热影响；

本发明的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法，部分模具可循环使用，成本低。

附图说明

本发明的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法由以下的实施例及附图给出。

图1是本发明较佳实施例中要制造的无支撑区域表面镂空薄壁零件的示意图。

图2是本发明较佳实施例中模具的剖视图。

图3是本发明较佳实施例中激光熔覆设备的示意图。

图4是本发明较佳实施例中带有表面镂空薄壁零件的模具的示意图。

图5是图4的A-A视图。

具体实施方式

以下将结合图1～图5对本发明的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法作进一步的详细描述。

为解决无支撑区域表面镂空薄壁零件的加工成形问题，本发明融合铸造技术和激光熔覆沉积成形技术，即设计模具作为基材，采用激光熔覆沉积成形技术在模具表面逐层沉积增材形成表面镂空薄壁零件，再脱模使表面镂空薄壁零件与模具分离，完成无支撑区域表面镂空薄壁零件的制造。

现以一较佳实施例详细说明本发明的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法。

图1所示为本实施例要制造的无支撑区域表面镂空薄壁零件的示意图。如图1所示，该薄壁零件表面镂空且中空，属于无支撑区域表面镂空薄壁零件，仅采用现有技术的激光熔覆沉积成形技术无法制造，因此，本发明设计模具，以模具作为基材。

图2所示为本实施例的模具的剖视图。如图2所示，所述模具包括模具体1和模具轴2，所述模具轴2穿插过所述模具体1。所述模具体1和模具轴2既可采用一体成形结构，又可采用装配结构。所述模具体1的形状与要制造的无支撑区域表面镂空薄壁零件的形状相匹配。

图3所示为本实施例的激光熔覆设备的示意图。如图3所示，本实施例的激光熔覆设备为机器人型激光熔覆设备，该激光熔覆设备包括激光熔覆粉末喷嘴4、激光熔覆光学头5、零件放置转台6、六轴机器人7、地基8、电控设备和软件程序，零件放置转台6和六轴机器人7固定于地基8上，将激光熔覆粉末喷嘴4和激光熔覆光学头5安装在六轴机器人7的末端；电控设备和软件程序实现激光熔覆过程的驱动和控制实施，模具通过模具轴2安装于零件放置转台6上。激光熔覆粉末喷嘴4往模具体1的表面输送熔覆材料，激光熔覆光学头5射出高能密度激光束，通过持续的激光熔覆作用实现熔覆材料层层沉积，最终在模具体1的表面形成表面镂空薄壁零件3，如图4和图5所示。

模具材料的熔点应高于熔覆材料的熔点，且可耐受激光熔覆沉积成形过程中的高温。

脱模可采用物理方法或化学方法。

所述物理方法，例如，在所述模具体1内设置流道，往流道内充入液氮冷却使模具收缩，使模具与表面镂空薄壁零件3脱离，实现脱模。

所述化学方法，采用只对模具材料具有腐蚀作用的腐蚀溶液，将带有表面镂空薄壁零件3的模具浸入该腐蚀溶液中，利用腐蚀溶液腐蚀模具实现脱模。腐蚀溶液腐蚀模具是放热过程，为减少表面镂空薄壁零件3在此过程中的热影响，采用流动的腐蚀溶液以带走腐蚀产物和热量，另外，在反应器皿上配置自动控温装置。

模具体1和模具轴2采用装配结构有助于降低生产成本，脱模前，取出模具轴2，可避免脱模过程对模具轴2的损坏，这样，模具轴2可循环使用。

较佳地，模具采用刚玉砂制作，采用化学方法脱模时可采用流动的氢氧化钠（NaOH）溶液，化学反应为Al₂O3+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O，整个化学反应过程无有毒挥发气体，安全可靠，且流动的NaOH溶液可加快脱模的效率。

本实施例的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法采用机器人型激光熔覆设备，可做成自动控制的流水生产线，进行批量生产。

本实施例的采用模具的表面镂空薄壁零件激光熔覆沉积成形方法可制造结构复杂、大尺寸表面镂空薄壁零件。

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