一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法，该方法将选区激光熔化技术与电解加工技术相结合，一方面具备增材制造设计灵活度高、数字化制造、无需模具、材料利用率高、生产周期短、可近净成形复杂构件等优势，另一方面又发挥了电解加工无刀具磨损、无残留应力、精度高、不受被加工材料性能限制等优点。本发明专利技术不单是将二者结合，更重要的是，选区激光熔化与电解加工两种技术优势互补，在获得良好加工效果的同时显著降低了对各自现有工艺的难度的要求。并且，该方法不局限于特定零件的加工，而是可根据具体的孔道构件设计进行灵活变通，具有广泛的适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法
本专利技术属于增减材组合加工领域，具体涉及一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法。
技术介绍
具有复杂孔道结构的金属构件广泛存在于各种模具和零部件中，对这些孔道构件的制造通常采用传统的锻造或铸造工艺制备出构件的毛坯，再利用现有的打孔技术加工出内部孔道结构才能完成。然而，目前这些技术常常受制于材料的加工性能或极端的孔型结构，使其加工难度大，生产效率低。选区激光熔化作为金属增材制造技术中的典型代表，是以数字化模型为基础的由点到线到面再到三维实体的制造过程，具有设计灵活度、无需模具、快速制造、生产周期短、材料利用率高等特点，特别适用于具有复杂悬垂结构件的整体制造。但是采用选区激光熔化在制造带有悬垂结构的复杂零件过程中，往往由于金属熔体与作为支撑的未熔金属粉间毛细管力的作用，导致内部悬垂区域表面出现粘附未熔粉颗粒或挂渣现象，这种粗糙或凹凸不平的表面形貌会影响孔道结构的形状及尺寸、甚至影响到连通性，最终影响构件的使用性能。电解加工是通过电化学溶解来对阳极工件进行减材加工，具有不受金属材料性能限制、无刀具磨损和无应力残留等优势，并且在兼顾较高的加工效率同时可获得良好的表面加工质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法；以解决传统制造孔道构件的工艺难点和选区激光熔化的技术问题，该制造方法最终不仅可以获得良好的尺寸精度和表面质量，同时显著降低了制造工艺的难度，提高了生产效率。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法，包括以下步骤：步骤1，构建孔道构件的三维模型，将设计好的三维模型通过软件进行分层处理，生成二维层片打印文件，再通过选区激光熔化设备根据二维层片打印文件信息进行逐层沉积，得到孔道构件毛坯；步骤2，根据孔道构件的三维模型中孔道的几何形状、尺寸、数量和排布，设计电解加工工具阴极的形状、尺寸、数量和排布，然后制作出电解加工工具阴极；步骤3，采用步骤2中制得的阴极，通过电解加工对孔道构件毛坯中的孔道进行加工，至孔道的几何形状、尺寸、内表面光洁度符合设计要求和使用性能，得到最终的孔道构件。优选的，步骤1中，通过solidworks软件构建三维模型，并对模型进行切片分层处理，得到二维层片的STL文件。优选的，步骤1中，逐层沉积的具体过程为：在基材上铺设一层金属粉末，通过选区激光熔化设备熔化第一层粉末完成第一层材料的沉积；粉床下降一层的设定高度，在第一层材料上铺设一层金属粉末，通过选区激光熔化设备熔化新铺设的金属粉末完成新铺设材料的沉积；重复步骤至孔道构件毛坯完成。优选的，沉积过程，选择性的熔化区域为孔道构件毛坯的实体部分，孔道的腔体内保留铺设的未熔粉末。优选的，步骤2中，一个阴极为柱状体结构，一个阴极的长度大于孔道的长度，一个阴极和一个孔道的截面形状和面积相同。优选的，阴极的数量和排布和孔道的数量和排布相同。优选的，步骤3的具体过程为：孔道构件毛坯作为阳极，阴极定位至孔道的最上端作为加工起点，阴极从上到下对孔道进行加工，加工完成后阴极退回加工起点；移动阴极至另外待加工的孔道的上部开始加工，直至所有孔道构件毛坯中所有的孔道加工结束。优选的，加工过程中，孔道的轴线为竖直方向。优选的，加工过程中，当待加工孔道与已加工的孔道的轴线方向不同时，旋转孔道构件毛坯，至待加工孔道的轴线为竖直方向。优选的，加工过程中，电解液先从阴极底部流出，然后携带反应产物从孔道的下端流出。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开了一种基于选区激光熔化与电解加工的复杂孔道构件制造方法，该方法将选区激光熔化技术与电解加工技术相结合，一方面具备增材制造设计灵活度高、数字化制造、无需模具、材料利用率高、生产周期短、可近净成形复杂构件等优势，另一方面又发挥了电解加工无刀具磨损、无残留应力、精度高、不受被加工材料性能限制等优点。本专利技术不单是将二者结合，更重要的是，选区激光熔化与电解加工两种技术优势互补，前者大幅降低了后者的材料去除量，后者则对前者加工后的不足进行弥补，因而在获得良好加工效果的同时显著降低了对各自现有工艺的难度的要求，最终给出了孔道构件加工的全新思路，实现效率与精度的双提升。并且，该方法不局限于特定零件的加工，而是可根据具体的孔道构件设计进行灵活变通，具有广泛的适用性。进一步的，利用先增材后减材的加工策略，可精确制造具有更加微小、深小的构件。进一步的，通过solidworks等软件构建模型，使得整个增材制造过程中的目标构件被精细的划分为多层，最终得到尺寸复合要求的毛坯件。进一步的，复杂孔道结构毛坯由增材制造方式形成，孔道尺寸覆盖范围广，孔道形状随设计变化灵活。成形的复杂孔道结构毛坯中孔道内壁的尺寸精度和表面质量无需达到很高的标准，因此选区激光熔化可以以更高效率进行材料沉积。进一步的，依据构件的孔道规划情况可设计多个规律分布的阴极工具，在后续的电解加工过程中同时对多个孔道进行加工，提升了整体的生产效率。进一步的，以电解加工作为成形件的后处理方式，可有效解决某些孔道结构在选区激光熔化过程中成形性差或者无法成形的问题。进一步的，电解加工过程中电解液从孔道的下端流出，避免了已加工的孔道上方部位再发生额外的电化学反应，有效提高了加工精度，消除了孔道中产物堆积对加工所造成的不利影响。【附图说明】图1为本专利技术中选区激光熔化成形过程示意图；图2为本专利技术中电解加工过程示意图；图3为本专利技术实施例1中构件示意图；图4为本专利技术实施例2中构件示意图。其中，1-激光，2-金属粉末，3-熔化区域，4-未熔粉末，5-孔道构件毛坯，6-阴极，7-电解液，8-反应产物；9-孔道。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本申请公开了一种基于选区激光熔化与电解加工的复杂孔道构件精确制造方法，包括以下步骤：(1)参见图1，首先利用Solidworks等软件设计出目标构件的三维模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，构建孔道构件的三维模型，将设计好的三维模型通过软件进行分层处理，生成二维层片打印文件，再通过选区激光熔化设备根据二维层片打印文件信息进行逐层沉积，得到孔道构件毛坯(5)；/n步骤2，根据孔道构件的三维模型中孔道(9)的几何形状、尺寸、数量和排布，设计电解加工工具阴极(6)的形状、尺寸、数量和排布，然后制作出电解加工工具阴极(6)；/n步骤3，采用步骤2中制得的阴极(6)，通过电解加工对孔道构件毛坯(5)中的孔道(9)进行加工，至孔道(9)的几何形状、尺寸、内表面光洁度符合设计要求和使用性能，得到最终的孔道构件。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，构建孔道构件的三维模型，将设计好的三维模型通过软件进行分层处理，生成二维层片打印文件，再通过选区激光熔化设备根据二维层片打印文件信息进行逐层沉积，得到孔道构件毛坯(5)；
步骤2，根据孔道构件的三维模型中孔道(9)的几何形状、尺寸、数量和排布，设计电解加工工具阴极(6)的形状、尺寸、数量和排布，然后制作出电解加工工具阴极(6)；
步骤3，采用步骤2中制得的阴极(6)，通过电解加工对孔道构件毛坯(5)中的孔道(9)进行加工，至孔道(9)的几何形状、尺寸、内表面光洁度符合设计要求和使用性能，得到最终的孔道构件。


2.根据权利要求1所述的一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法，其特征在于，步骤1中，通过solidworks软件构建三维模型，并对模型进行切片分层处理，得到二维层片的STL文件。


3.根据权利要求1所述的一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法，其特征在于，步骤1中，逐层沉积的具体过程为：(1)在基材上铺设一层金属粉末(2)，通过选区激光熔化设备熔化第一层粉末完成第一层材料的沉积；(2)粉床下降一层的设定高度，在第一层材料上铺设一层金属粉末(2)，通过选区激光熔化设备熔化新铺设的金属粉末(2)完成新铺设材料的沉积；(3)重复步骤(2)至孔道构件毛坯(5)完成。


4.根据权利要求3所述的一种基于选区激光熔化与电解加工的孔道构件制造方法，其特征在于，沉积过程，选择性的熔化区域(3)为孔道构件毛坯(5)的实体部分，孔道(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建睿，张少立，王超，王理林，林鑫，黄卫东，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61