基于冷喷涂的复杂薄壁件等材-增材复合制造方法及薄壁件技术

本发明专利技术提供了一种基于冷喷涂的复杂薄壁件等材

【技术实现步骤摘要】
基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
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增材复合制造方法及薄壁件


[0001]本专利技术涉及复合加工
，具体地，涉及基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
‑
增材复合制造方法及薄壁件，实现对铝合金复杂薄壁零件高效率、高精度、高性能制造。

技术介绍

[0002]高性能、轻质化薄壁件的高效率制造是飞机、火箭等大型空天运输装备快速发展的保障，所使用的的合金材料也不断向低密度、高强度方向发展，迄今已经发展出2024、7075等高强度铝合金材料，目前，该类薄壁零件的工业生产方法主要包括机加工、铸造、挤压、焊接等。机械加工的方法属于逐层减材加工工艺，可以加工出形状复杂的薄壁零件，但是缺点在于材料的利用率低，效率低、成本高，且加工过程会破坏零件圆角部位的金属流线导致构件性能降低；精密铸造加工的零件显微组织组织往往存在晶粒粗大、成分偏析等铸造缺陷，导致铸造方法只能用于生产力学性能要求不高的零件；挤压成形一般只能加工简单截面形状的薄壁零件，且由于挤压过程材料变形抗力较大，对挤压设备总体载荷要求较高；焊接方法可以实现复杂形状薄壁件的高效加工，但是熔焊位置往往会出现气孔、熔渣、未焊合等焊接缺陷。
[0003]专利CN115351514A(申请号：202211125395.9)公开了一种对配置成T字形的蒙皮和筋板进行焊接而成的铝合金带筋壁板制造方法。相比于上述的熔焊加工，利用搅拌摩擦焊接能够有效地减小由于焊接过程中材料的“熔化
‑
凝固”过程而受到影响的区域。但是由于高强铝合金导热性能强、线膨胀系数大、表面抗高温氧化性差，因此在焊接部位仍难以避免因焊接应力不均匀而导致的壁板、筋条变形，损害薄壁零件的力学性能、降低构件的尺寸精度。
[0004]专利CN115238328A(申请号：202210755323.6)公开了一种铝合金含纵内筋板薄壁壳体的电弧增材制造方法。基于三维的数值建模，利用层层堆积的方法可以实现带筋薄壁件的高精度制造，可以加工出形状复杂的异型截面筋结构；小熔池熔炼可以保证构件成分的均匀性，避免气孔、偏析等铸造、焊接缺陷。但是由于在电弧增材制造过程中对薄壁构件高能量的输入，会导致材料局部温升较大，容易对构件造成不必要的热损伤甚至发生壳体的熔穿，且构件内部往往存在较高的残余拉应力，导致零件的力学性能降低与零件整体尺寸的偏差。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
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增材复合制造方法及薄壁件。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
‑
增材复合制造方法，包括：
[0007]铝合金板料、坯料的等材加工步骤：利用等材制造工艺对薄壁零件主体结构实现预成形；
[0008]预成形主体件的喷砂预热步骤：对预成形部件上需要进行增材加工的区域进行喷
砂处理；对整个预成形部件的基材进行预热，在整个冷喷涂过程中使基材的温度保持恒定不变；
[0009]冷喷涂与穿插中间短时低温退火步骤：采用冷喷涂的方法对需要进行增材加工区域进行增材制造；且在冷喷涂过程中，喷涂道次每增加预设次，则对冷喷涂增材制造部分进行一次预设时长的低温退火；
[0010]机加步骤：冷喷涂工序完成后按照零件尺寸要求进行机加工，获得高精度的复杂薄壁零件。
[0011]优选地，所述铝合金板料、坯料的等材加工步骤采用：利用包括锻造或冲压的等材制造工艺实现对薄壁零件主体结构的预成形。
[0012]优选地，采用的铝合金板材、坯料的种类包括6061、2024或7075中高强铝合金；热处理状态包括W态、O态或T4态。
[0013]优选地，所述预成形主体件的喷砂预热步骤采用：利用石英对预成形部件上需要进行增材加工的区域进行喷砂处理，并使其表面粗糙度满足预设要求。
[0014]优选地，所述预成形主体件的喷砂预热步骤采用：采用石英灯辐照的方式对整个预成形部件的基材进行预热。
[0015]优选地，在喷砂处理完成后，在预设时间内进行预成形部件的预热以及冷喷涂增材制造加工，在喷砂位置往复喷涂，层层堆积出所需增材制造结构。
[0016]优选地，所述冷喷涂与穿插中间短时低温退火步骤采用：
[0017]步骤S3.1：针对待加工的铝合金复杂薄壁构件形状以及尺寸特征构建三维模型，并以基材表面为基准平面构建X
‑
Y
‑
Z三轴坐标系；
[0018]步骤S3.2：根据增材制造部件的具体尺寸与形状，对冷喷涂的路径进行规划；
[0019]步骤S3.3：根据喷涂粉末种类、粒径尺寸以及基板材料特征对冷喷涂参数进行设置；
[0020]步骤S3.4：在冷喷涂过程中，喷涂道次每增加预设次，则使用石英灯辐照的方式对冷喷涂增材制造部分进行预设时长的低温退火。
[0021]优选地，步骤S3.3采用：冷喷涂参数设置为：气体压力为5
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5.5MPa，气体加热温度为450
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500℃，送粉距离20mm，送粉速率20g/min，喷枪横向移动速度100mm/s，喷涂角度为90
°
。
[0022]优选地，所述机加步骤采用：冷喷涂工序完成后按照零件尺寸要求进行机加工，采用切削的方式加工出所需部件形状，获得高精度的复杂薄壁零件。
[0023]根据本专利技术提供的一种薄壁件，利用上述所述的基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
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增材复合制造方法制造得到。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0025]1、本专利技术提出了一种复杂薄壁构件的新型加工工艺，通过冷喷涂的方法，在室温或者低温(不高于100℃)条件下，在等材制造的预制件上增材制造出零件的剩余特征部位，在不对基体零件产生任何热损伤的条件下完成铝合金复杂结构薄壁零件的加工生产；
[0026]2、本专利技术通过将冷喷涂与穿插中间短时低温退火方法相结合，利用石英灯辐照加热，可以在极短时间内实现冷喷涂材料的“加热
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保温”过程，使高位错密度含量冷喷涂材料的发生软化再结晶而不影响基体部分的性能，实现等材部件与增材部件在性能上的协调统
一，保证零件性能的稳定可靠；
[0027]3、本专利技术通过等材制造+冷喷涂增材制造的复合加工方法制造的铝合金复杂薄壁零件整体晶粒细小、组织均匀，性能稳定，能够有效避免铸造或者焊接等传统制造方法中容易出现的气孔、裂纹、晶粒粗大、残余拉应力等“熔化
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凝固”缺陷。在不需要后续热处理的条件下实现复杂薄壁零件的高效率、高精度、高性能加工制造；
[0028]4、本专利技术通过等材+冷喷涂增材制造所获得的铝合金薄壁构件整体强度达到300Mpa以上，延伸率5％以上，尺寸精度偏差控制在0.1mm以下。
附图说明
[0029]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
‑
增材复合制造方法，其特征在于，包括：铝合金板料、坯料的等材加工步骤：利用等材制造工艺对薄壁零件主体结构实现预成形；预成形主体件的喷砂预热步骤：对预成形部件上需要进行增材加工的区域进行喷砂处理；对整个预成形部件的基材进行预热，在整个冷喷涂过程中使基材的温度保持恒定不变；冷喷涂与穿插中间短时低温退火步骤：采用冷喷涂的方法对需要进行增材加工区域进行增材制造；且在冷喷涂过程中，喷涂道次每增加预设次，则对冷喷涂增材制造部分进行一次预设时长的低温退火；机加步骤：冷喷涂工序完成后按照零件尺寸要求进行机加工，获得高精度的复杂薄壁零件。2.根据权利要求1所述的基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
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增材复合制造方法，其特征在于，所述铝合金板料、坯料的等材加工步骤采用：利用包括锻造或冲压的等材制造工艺实现对薄壁零件主体结构的预成形。3.根据权利要求1所述的基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
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增材复合制造方法，其特征在于，采用的铝合金板材、坯料的种类包括6061、2024或7075中高强铝合金；热处理状态包括W态、O态或T4态。4.根据权利要求1所述的基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
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增材复合制造方法，其特征在于，所述预成形主体件的喷砂预热步骤采用：利用石英对预成形部件上需要进行增材加工的区域进行喷砂处理，并使其表面粗糙度满足预设要求。5.根据权利要求1所述的基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
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增材复合制造方法，其特征在于，所述预成形主体件的喷砂预热步骤采用：采用石英灯辐照的方式对整个预成形部件的基材进行预热。6.根据权利要求1所述的基于冷喷涂的复杂薄壁件等材
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增材复...

【专利技术属性】
技术研发人员：何霁，张凌宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：