支撑结构件、设计方法以及成形方法技术

本发明专利技术提供一种用于燃气涡轮发动机燃油喷嘴件的激光选区熔化成形的支撑结构件、设计方法以及成形方法，以改善成形质量，同时减少除去支撑结构件后残留在燃油喷嘴件的喷口段的悬空面的残余支撑。所述燃油喷嘴件包括从其顶面轴向朝内延伸的喷口段，所述喷口段的底面为悬空面；所述支撑结构件包括：基部，位于所述支撑结构件的底部；轮廓支撑部，形成于所述基部的顶部，包括齿形轮廓支撑部以及加强支撑板部，所述齿形轮廓支撑部沿所述悬空面的轮廓线分布，所述齿形轮廓支撑部的齿形件与所述悬空面接触，所述加强支撑板部的高度低于所述齿形件的齿顶，所述加强支撑板部在径向穿过所述齿形件，在所述齿形件的内壁以及外壁对所述齿形件提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
支撑结构件、设计方法以及成形方法
本专利技术涉及三维打印领域，尤其涉及一种用于燃气涡轮发动机燃油喷嘴件的激光选区熔化成形的支撑结构件、设计方法以及成形方法。
技术介绍
增材制造（AdditiveManufacturing，AM）是一种基于离散堆积原理，逐层熔化原材料而实现零件成形的制造技术。激光选区熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）被认为是最具潜力的增材制造（AM）技术之一，由于采用细微聚焦光斑的激光束作为成形能量源、高速高精度扫描振镜作为加工光束控制单元及采用更薄的层厚控制技术，相对于其他AM技术而言，SLM技术在获得高致密和高精度成形件方面更具有优势，可完成复杂型腔、型面、薄壁、变截面零件的直接成形。使用SLM设备打印，尤其是复杂、悬臂等结构易变形零件，需要对初始模型添加支撑结构件构成打印模型，在进行成形步骤时，支撑结构件与零件同时成形，以保证成形过程中零件不产生变形。成形步骤结束后，需要将支撑结构件去除。如图1至图4所示的燃气涡轮发动机的燃油喷嘴件101而言，从其顶面轴向朝内延伸的喷口段102，如图4所示，喷口段102的长度一般较短并且悬空设置于喷嘴件101内部，即喷口段102的底面为悬空面103，因此在选区激光熔化成形工艺中需要对悬空面103添加支撑结构件，在成形步骤完成后，需要对支撑结构件进行去除。现有技术中，支撑结构件的形式包括有网格支撑以及实体支撑。专利技术人在实践中发现，对于图1至图4所示的喷口段102而言，由于其悬空高度h与悬空结构直径d的比值大于5，且支撑面圆环壁厚小于3mm，属于大长径比薄壁悬空结构。若采用实体支撑，则很难将支撑除去。而采用网格支撑，或者如公开号为CN106475561A，名称为“一种适用于倾斜悬垂薄壁结构的辅助支撑结构”的中国专利技术专利申请文件中公开的底部采用实体支撑加上顶部采用网格支撑的支撑结构件，虽然支撑结构件经过操作可以除去，但去除网格支撑后，将在悬空面103残留许多残余支撑，残余支撑不仅包括整体去除网格支撑后在悬空面103残留的支撑痕迹，例如图12所示的棋盘式网格的支撑痕迹，更重要地，残余支撑还包括网格支撑中无法完全与悬空面103脱离的网格残留，例如有些网格只是部分随着实体支撑被去除，而网格顶部的部分仍然附着残留在悬空面103。而燃油喷嘴件101一般在喷口段102的下方还设置有第二段104，其具体形态可以是图2至图4所示的筒体与肋板的结构，去除支撑结构件后的燃油喷嘴件101无法为打磨消除残余支撑提供作业空间，因此无法进行打磨消除残余支撑的操作。而由于燃气涡轮发动机的燃油喷嘴件101是极为精密的部件，在喷口段102的底面存在严重的残余支撑残留现象，将对燃油喷嘴件101的性能造成不利影响。因此，本领域需要一种用于燃气涡轮发动机燃油喷嘴件的激光选区熔化成形的支撑结构件、设计方法以及成形方法，对成形后的喷嘴件去除支撑结构件之后，显著减少残余支撑，保证燃油喷嘴件的成形质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种支撑结构件，提供对燃气涡轮发动机的燃油喷嘴件的喷口段在激光选区熔化成形的支撑，且该支撑结构件易于除去，除去支撑结构件后残留在喷口段的悬空面的残余支撑少。本专利技术的目的还在于提供一种用于燃油喷嘴件的激光选区熔化成形的设计方法。本专利技术的目的还在于提供一种用于燃油喷嘴件的激光选区熔化成形的成形方法。根据本专利技术一个方面的一种支撑结构件，用于燃气涡轮发动机燃油喷嘴件的激光选区熔化成形，所述燃油喷嘴件包括从其顶面轴向朝内延伸的喷口段，所述喷口段的底面为悬空面；所述支撑结构件包括：基部，位于所述支撑结构件的底部；轮廓支撑部，形成于所述基部的顶部，包括齿形轮廓支撑部以及加强支撑板部，所述齿形轮廓支撑部沿所述悬空面的轮廓线分布，所述齿形轮廓支撑部的齿形件与所述悬空面接触，所述加强支撑板部的高度低于所述齿形件的齿顶，所述加强支撑板部分别在所述齿形件的径向两侧延伸，在所述齿形件的内壁以及外壁对所述齿形件提供支撑。在一个或多个实施方式中，所述齿形轮廓支撑部的高度为0.5mm-2mm，所述加强支撑板部的顶端距所述齿形件的齿顶0.2mm-0.3mm。在一个或多个实施方式中，所述轮廓支撑部具有沿径向排列的多个齿形轮廓支撑部，径向相邻的齿形轮廓支撑部之间的距离为0.4mm-0.8mm。在一个或多个实施方式中，所述基部为实体支撑，由多个支撑板围绕构成，所述多个支撑板彼此在周向相互分隔。在一个或多个实施方式中，所述喷口段以及所述基部为圆筒状；当所述基部的长度与直径之比大于6，则所述支撑板的厚度大于或等于3mm；当所述基部的长度与直径之比大于8，则所述支撑板的厚度大于或等于5mm；当所述基部的长度与直径之比大于10，则所述支撑板外壁连接有支撑肋板。在一个或多个实施方式中，所述齿形件的齿形为梯形齿或者矩形齿，相邻的梯形齿或者矩形齿的齿底之间的距离为0.3mm-1mm。根据本专利技术另一个方面的一种设计方法，用于燃气涡轮发动机燃油喷嘴件的激光选区熔化成形，所述设计方法包括：步骤A：对所述燃油喷嘴件进行建模，得到所述燃油喷嘴件的初始模型，所述燃油喷嘴件的初始模型包括燃油喷嘴件包括从其顶面轴向朝内延伸的喷口段，所述喷口段的底面为悬空面；步骤B：对所述初始模型进行转化，对应所述悬空面添加支撑结构件，所述支撑结构件包括基部，位于所述支撑结构件的底部；以及轮廓支撑部，形成于所述基部的顶部，包括齿形轮廓支撑部以及加强支撑板部，所述齿形轮廓支撑部沿所述悬空面的轮廓线分布，所述齿形轮廓支撑部的齿形件与所述悬空面接触，所述加强支撑板部的高度低于所述齿形件的齿顶，所述加强支撑板部分别在所述齿形件的径向两侧延伸，在所述齿形件的内壁以及外壁对所述齿形件提供支撑。在一个或多个实施方式中，所述齿形轮廓支撑部的高度为0.5mm-2mm，所述加强支撑板部的顶端距所述齿形件的齿顶0.2mm-0.3mm。根据本专利技术又一个方面的一种成形方法，用于燃气涡轮发动机燃油喷嘴件的激光选区熔化成形所述成形方法包括：步骤1：提供成形模型，所述成形模型包括燃油喷嘴件及其的悬空面对应的支撑结构件，所述支撑结构件包括基部，位于所述支撑结构件的底部；以及轮廓支撑部，形成于所述基部的顶部，包括齿形轮廓支撑部以及加强支撑板部，所述齿形轮廓支撑部沿所述悬空面的轮廓线分布，所述齿形轮廓支撑部的齿形件与所述悬空面接触，所述加强支撑板部的高度低于所述齿形件的齿顶，所述加强支撑板部分别在所述齿形件的径向两侧延伸，在所述齿形件的内壁以及外壁对所述齿形件提供支撑；步骤2：根据所述成形模型，进行激光选区熔化成形，得到初步成形件；步骤3：对所述初步成形件去除支撑结构件，得到所述悬空面的成品形态。在一个或多个实施方式中，所述步骤3包括：步骤31：从所述初步成形件的顶部伸入卡簧钳，卡簧钳的尖头伸入所述基部的内壁，对称地将基部张开3°-5°；步骤32：进行所述步骤31之后，收缩所述卡簧钳，卡簧钳的尖头脱离所述基部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支撑结构件，用于燃气涡轮发动机燃油喷嘴件的激光选区熔化成形，所述燃油喷嘴件包括从其顶面轴向朝内延伸的喷口段，所述喷口段的底面为悬空面；其特征在于，所述支撑结构件包括：/n基部，位于所述支撑结构件的底部；/n轮廓支撑部，形成于所述基部的顶部，包括齿形轮廓支撑部以及加强支撑板部，所述齿形轮廓支撑部沿所述悬空面的轮廓线分布，所述齿形轮廓支撑部的齿形件与所述悬空面接触，所述加强支撑板部的高度低于所述齿形件的齿顶，所述加强支撑板部分别在所述齿形件的径向两侧延伸，在所述齿形件的内壁以及外壁对所述齿形件提供支撑。/n

【技术特征摘要】
1.一种支撑结构件，用于燃气涡轮发动机燃油喷嘴件的激光选区熔化成形，所述燃油喷嘴件包括从其顶面轴向朝内延伸的喷口段，所述喷口段的底面为悬空面；其特征在于，所述支撑结构件包括：
基部，位于所述支撑结构件的底部；
轮廓支撑部，形成于所述基部的顶部，包括齿形轮廓支撑部以及加强支撑板部，所述齿形轮廓支撑部沿所述悬空面的轮廓线分布，所述齿形轮廓支撑部的齿形件与所述悬空面接触，所述加强支撑板部的高度低于所述齿形件的齿顶，所述加强支撑板部分别在所述齿形件的径向两侧延伸，在所述齿形件的内壁以及外壁对所述齿形件提供支撑。


2.如权利要求1所述的支撑结构件，其特征在于，所述齿形轮廓支撑部的高度为0.5mm-2mm，所述加强支撑板部的顶端距所述齿形件的齿顶0.2mm-0.3mm。


3.如权利要求2所述的支撑结构件，其特征在于，所述轮廓支撑部具有沿径向排列的多个齿形轮廓支撑部，径向相邻的齿形轮廓支撑部之间的距离为0.4mm-0.8mm。


4.如权利要求1-3任意一项所述的支撑结构件，其特征在于，所述基部为实体支撑，由多个支撑板围绕构成，所述多个支撑板彼此在周向相互分隔。


5.如权利要求4所述的支撑结构件，其特征在于，所述喷口段以及所述基部为圆筒状；当所述基部的长度与直径之比大于6，则所述支撑板的厚度大于或等于3mm；当所述基部的长度与直径之比大于8，则所述支撑板的厚度大于或等于5mm；当所述基部的长度与直径之比大于10，则所述支撑板外壁连接有支撑肋板。


6.如权利要求1所述的支撑结构件，其特征在于，所述齿形件的齿形为梯形齿或者矩形齿，相邻的梯形齿或者矩形齿的齿底之间的距离为0.3mm-1mm。


7.一种设计方法，用于燃气涡轮发动机燃油喷嘴件的激光选区熔化成形，其特征在于，所述设计方法包括：
步骤A：对所述燃油喷嘴件进行建模，得到所述燃油喷嘴件的初始模型，所述燃油喷嘴件的初始模型包括燃油喷嘴件包括从其顶面...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷力明，侯慧鹏，何艳丽，常斐，
申请(专利权)人：中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司，中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31