一种闭式整体复杂内流道构件激光增材光整一体化新方法

摘要

本发明提供一种闭式整体复杂内流道构件激光增材光整一体化新方法，利用激光增材高度在nd≤r时与r

说明书

技术领域

本发明属于激光精密加工技术领域，涉及一种闭式整体复杂内流道构件激光增材光整一体化新方法。

背景技术

内流道具有特定的物质与能量传递作用，广泛应用于航空航天、机械工程、水陆输运、生物医药等领域。传统机加工，如钻、锪、镗等方法无法实现弯曲结构的加工；铸造等方法由于液体材料流体性质、铸型热机械强度等加工条件，对孔径及结构引导线的几何结构有限制。有鉴于此，增材制造成为了流道制备最适配的选择，多种增材技术，例如立体光固化(VP)、材料挤出成形(ME)、粉末床熔融(PBF)、直接能量沉积(DED)、材料喷射(MJ)、薄材叠层(SL)等，在具备流道结构的工件的制备中广泛应用。

不可忽略的是，由于增材制备表面颗粒粘接、熔池飞溅、台阶效应等原因，造成了表面出现粗糙度超差等缺陷，阻滞内流道工作液流动，恶化工作液工况，破坏系统内部元器件的特有性能，因此必须在增材之后必须进行光整处理。现有电化学光整方法存在高深径比复杂结构电解液难以流动更新以及有色金属电灼、冰晶状附着等问题；常用磨粒流方法要求结构使得磨粒流顺利流出，对于存在大量非连续相切结构等流道易存留磨粒，污染工作液。激光光整方法，不接触、无应力产生，并且光整重熔层具备更高的强度与耐腐蚀能力。需要指出的是，激光光路为直线，无法直接深入复杂流道内部执行光整操作，而增材-光整一体化方法，在增材过程中施加光整，打开原本封闭的结构，大幅度简易化光整操作，有利于激光设备的进一步集成化与工艺的高效化。

在现有激光增材光整方法研究中，专利CN201711462798.1提出了一种基于工价位姿倾斜的激光增材构件内壁的增材-光整一体化加工方法，本质上是每一片层激光增材与激光光整的交替进行；并且工件的倾斜需要加工平台的更大的负载能力，尤其是对于大型复杂工件，在更大程度上考验加工平台强度时，易造成复杂结构的形位超差与挂渣等缺陷。专利CN202011370400.3所述的激光增材-光整一体化加工方法及其装置，特征在于增材激光束与光整激光束平行行进，忽略了增材与光整不同加工状态对激光束不同参数的要求，对于实际工程应用存在较大不足。可见，一种切实可行、有助于设备集成化、数字化的流道激光一体化增材光整成形方法亟待研究与提出。

发明内容

为克服针对现有内流道增材光整一体化方法的不足，本发明提出一种新方案：

一种闭式整体复杂内流道构件激光增材光整一体化新方法，利用激光增材高度在nd≤r时与r

S1，在激光加工系统工位机中导入流道增材3D数字模型，规划激光一体化增材光整路径与激光增材、光整光整参数，准备金属粉末及其他辅助材料；

S2，开启气体保护，启动流道激光一体化增材光整加工系统；

nd≤r时：

S4，激光头处于待加工平面上方s处执行直立增材行程，至路径状态判断点a

S5，判断路径至代加工平面边缘后，执行搭接路径；

S6，当次片层加工完成后，激光头抬升d，执行下一片层增材-光整，迭代规划下一片层内激光头不同路径及位姿状态，直至nd>r；

r

S7，激光头处于待加工平面上方s处执行直立增材行程，至路径状态判断点a

S8，判断路径至代加工平面边缘后，执行搭接路径；

S9，当次片层加工完成后，激光头抬升d，执行下一片层增材-光整，迭代规划下一片层内激光头不同路径及位姿状态，直至nd＝2r；

S10，取下工件，进行后续处理。

所述的，激光增材参数：激光功率650-5000W，扫描速度1-120mm/s，光斑直径0.5-6.5mm，搭接率30-65％，送粉速率1.5-60g/min；激光光整参数：激光功率为50-1500W，光斑直径15-750μm，扫描速度为10-5000mm/s，搭接率15-85％，扫描次数2-10次，脉宽10ns-500ns，频率为100-1000kHz。

所述的，光整行程水平距离：

相对于其他，本发明一种闭式整体复杂内流道构件激光增材光整一体化新方法，其优点在于：

(1)实现复杂流道结构激光一体化制备，避免添加冗余光路模块以及其他加工平台辅助机构，提高流道成形设备集成化、数字化；

(2)实现无接触式光整工艺，避免表面残留化学光整试剂或机械磨粒等污染流道内工作液，保障工作液使用性能与液压元器件特性。

附图说明

图1一种闭式整体复杂内流道构件激光增材光整一体化新方法操作流程；

图2 nd≤r时激光一体化增材光整路径；

图3 r

图4铝硅镁合金流道剖面模型；

图5铝硅镁合金一体化增材光整流道某片层加工表面状态。

附图标记说明：1-激光头直立增材行程；2-激光头弧形光整行程；3-激光头直立空行程；4-已光整区域；5-搭接；6-激光头调姿-调焦行程；7-激光头偏移位姿光整行程；8-流道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图4所示的铝硅镁合金液压流道为例，对本发明所述的一种闭式整体复杂内流道构件激光增材光整一体化新方法在具体实施中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

S1，在激光加工系统工位机中导入流道增材3D数字模型，规划激光一体化增材光整路径与激光增材、参数，准备金属粉末及其他辅助材料；设定片层高度对流道模型进行三维切片，得到若干片层，并在每一片层内规划增材激光头及光整激光头运动轨迹。检查无误后生成STL文件及NC代码供数控系统识读；

S2，开启Ar惰性气体保护，启动流道激光一体化增材光整加工系统；

nd≤r时：

S4，激光头处于待加工平面上方s处执行直立增材行程，至路径状态判断点a

S5，判断路径至代加工平面边缘后，执行搭接路径；

S6，当次片层加工完成后，激光头抬升d，执行下一片层增材-光整，迭代规划下一片层内激光头不同路径及位姿状态，直至nd>r；

r

S7，激光头处于待加工平面上方s处执行直立增材行程，至路径状态判断点a

S8，判断路径至代加工平面边缘后，执行搭接路径；

S9，当次片层加工完成后，激光头抬升d，执行下一片层增材-光整，迭代规划下一片层内激光头不同路径及位姿状态，直至nd＝2r；

S10，取下工件，进行后续处理。

所述的，激光头增材参数为：激光功率1200W，扫描速度4.5mm/s，光斑直径2.5mm，搭接率45％，送粉速率6.5g/min；激光光整参数为：激光功率为120W，光斑直径40μm，脉宽65ns，频率为100kHz，扫描速度为150mm/s，搭接率65％，扫描次数3次。

所述的，光整行程水平距离：

激光一体化增材光整得到铝硅镁合金液压流道剖面形貌如图5所示，最终得到表面粗糙度为Ra＝0.23μm，较之于增材得到流道表面Ra＝55.99μm，得到显著改善。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，且包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。