一种复合材料零件增等减材成形方法及设备技术

本发明专利技术公开一种复合材料零件增等减材成形方法及设备，涉及复合材料零件复合制造技术领域，该成形方法包括步骤：步骤1：目标成形的形状特征分解；步骤2：确定步骤1分解得到的各个特征的成形策略；步骤3：根据零件性能及工艺确定材料形变量及材料余量；步骤4：确定每个方案的工艺参数和成形路径；步骤5：复合材料零件增等减材成形装置执行数控代码，完成零件成形

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料零件增等减材成形方法及设备


[0001]本专利技术涉及复合材料零件复合制造
，特别是涉及一种复合材料零件增等减材成形方法及设备
。

技术介绍

[0002]航空
、
航天
、
船舶
、
核电等国家重大工程的发展，对零件提出了严苛的性能和精度要求
。
单一材料的性能已发展接近极限，难以满足当今高性能零件的使用需求
。
利用不同材料之间的性能差异，相互补长取短，获得具有高综合性能
、
低成本和高可靠性的复合材料是一个切实有效的手段，具有广阔的发展空间
。
同时高性能材料带来了难加工的问题，对加工工艺和加工效率进一步提出了挑战
。
零件成形方法一般指的是基于减材的切削
、
铣削
、
磨削等，基于等材的锻压
、
冲压
、
轧制等和基于增材的电弧增材
、
激光熔覆
、
热喷涂等
。
增等减材方法有着各自的优势和劣势，比如减材加工具有加工精度高和材料利用率低的特点；等材加工具有组织性能好和设备耗能高的特点；增材制造具有材料利用率高和成本高的特点
。
以航空发动机四大热端部件为例，导向器
、
涡轮叶片
、
涡轮盘和燃烧室中采用的传统金属材料的使用温度已接近其极限，而金属间化合物
、
碳基复合材料和陶瓷及陶瓷复合材料有望得到应用
。
复合材料拥有两种及以上的材料，通过各种材料之间性能互补，以达到提高其综合性能的目的
。
复合材料集各组成材料的优点，一般具有高比强度
、
耐磨
、
耐高温和耐腐蚀等特性
。
[0003]因此，开发一种以增材制造为主，以传统制造为辅，突破当前单一材料单一成形工艺在成形性能
、
成形精度
、
成形效率等方面的极限，提出一种适用于多材料
、
多工艺原位同步复合成形方法及设备具有重大意义
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种复合材料零件增等减材成形方法及设备，以解决上述现有技术存在的问题，适用于多材料
、
多工艺原位同步复合成形
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种复合材料零件增等减材成形方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：目标成形的形状特征分解；
[0008]步骤2：确定步骤1分解得到的各个特征的成形策略，依据材料类型
、
特征类型和尺寸，按照点
、
线
、
面和体的方案确定每个特征的成形策略；
[0009]步骤3：根据零件性能及工艺确定材料形变量及材料余量；
[0010]步骤4：确定每个方案的工艺参数和成形路径；根据步骤2的成形策略和材料类型以及步骤3材料形变量和材料余量，确定每个方案的工艺参数和成形路径；利用切片软件进行切片并形成复合成形机床能够执行的数控代码；
[0011]步骤5：复合材料零件增等减材成形装置执行数控代码，完成零件成形
。
[0012]可选的，步骤2中的材料类型包括粉末
、
丝材
、
板材和块体等；其对应的熔融热源为
激光
、
电子束
、
电弧
、
电阻
、
搅拌摩擦或超声波的一种或几种
。
[0013]可选的，步骤2中的成形策略包括块体作为基体或者块体组合焊接的体成形
、
板材叠层焊接的面成形
、
丝材熔融堆积的线成形
、
粉末熔融堆积的点成形
。
[0014]可选的，步骤2的面成形中，针对不等厚板材及异种材料板材焊接的熔核偏移现象，采用双电源焊接成形策略，双电源焊接成形策略包括通过两个上下分别设置的环形电极，在保证电极电流密度的前提下，同轴环形电极采用两组电源连接的方案，电流的路径为中心电极和外侧电极之间，电流密度最大的区域为中心电极和外侧电极之间，最终获得一个环形的熔核和能够调控的磁场
。
[0015]本专利技术还提供一种复合材料零件增等减材成形设备，包括能够旋转的成形工作台，所述成形工作台上用于放置待成形零件；所述成形工作台上方设有双动梁式龙门，所述双动梁式龙门上活动设有熔融热源；所述成形工作台一侧设有送料机构；所述送料机构一侧设有成形工具库和原材料库
。
[0016]可选的，工作台上能够安装轴类基体
、
板类基体和板框类基体，分别进行轴类零件成形，双面实体成形和单侧中空成形
。
[0017]可选的，成形工具库内包含焊枪
、
铣刀
、
轧辊
、
电极
、
夹具等
。
[0018]可选的，原材料库包含块体
、
板材
、
丝材和粉末
。
[0019]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0020]本专利技术采用单台装备原位复合，实现了超短流程制造；采用多材料多热源，充分考虑零件的特征和材料特性，选取最优的成形工艺及其参数；采用块体组焊策略，利用搅拌摩擦和超声波焊接方案，在提高了效率的同时保证了高性能；针对板材焊接提出了双电源电阻焊接成形的方案，解决了不等厚板材及异种板材焊接熔核偏移的问题；针对多材料复合问题，提出了多个成形机构及不同的送料方案，一方面提高了其效率，另一方面多材料同熔极易改变不同材料组分，获得不同的复合材料
。
并且通过分别控制多材料的进给速率连续变化，从而实现材料成分的无级变化获得梯度材料
。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0022]图1为本专利技术复合材料零件增等减材成形方法流程示意图；
[0023]图2为本专利技术电极布置示意图；
[0024]图3为本专利技术复合材料零件增等减材成形设备局部示意图；
[0025]图4为本专利技术原材料库的粉末材料示意图；
[0026]图5为本专利技术原材料库焊丝示意图；
[0027]图6为本专利技术原材料库的板材示意图；
[0028]图7为本专利技术原材料库的块体示意图；
[0029]图8为本专利技术成形工具库的焊枪示意图；
[0030]图9为本专利技术成形工具库的铣刀示意图；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合材料零件增等减材成形方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：目标成形的形状特征分解；步骤2：确定步骤1分解得到的各个特征的成形策略，依据材料类型
、
特征类型和尺寸，按照点
、
线
、
面和体的方案确定每个特征的成形策略；步骤3：根据零件性能及工艺确定材料形变量及材料余量；步骤4：确定每个方案的工艺参数和成形路径；根据步骤2的成形策略和材料类型以及步骤3材料形变量和材料余量，确定每个方案的工艺参数和成形路径；利用切片软件进行切片并形成复合成形机床能够执行的数控代码；步骤5：复合材料零件增等减材成形装置执行数控代码，完成零件成形
。2.
根据权利要求1所述的复合材料零件增等减材成形方法，其特征在于：步骤2中的材料类型包括粉末
、
丝材
、
板材和块体等；其对应的熔融热源为激光
、
电子束
、
电弧
、
电阻
、
搅拌摩擦或超声波的一种或几种
。3.
根据权利要求1所述的复合材料零件增等减材成形方法，其特征在于：步骤2中的成形策略包括块体作为基体或者块体组合焊接的体成形
、
板材叠层焊接的面成形
、
丝材熔融堆积的线成形
、
粉末熔融堆积的点成形
。4.
根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐长续，张海鸥，林航，翟正文，柯林达，刘思余，王元勋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：