【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造，更具体地，涉及一种增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法。
技术介绍
1、高致密金属零件或模具的无模熔积成形方法主要有大功率激光熔积成形、电子束自由成形、等离子弧与电弧熔积成形等方法。
2、大功率激光熔积成形采用大功率激光，逐层将送到基板上的金属粉末熔化，并快速凝固熔积成形，最终得到近终成形件。该方法成形精度较高，工件的密度远高于选择性激光烧结件，但成形效率、能量和材料的利用率不高、不易达到满密度、设备投资和运行成本高。
3、电子束自由成形方法采用大功率的电子束熔化粉末材料，根据计算机模型施加电磁场，控制电子束的运动，逐层扫描直至整个零件成形完成。该方法成形精度较高、成形质量较好，然而其工艺条件要求严格，整个成形过程需在真空中进行，致使成形尺寸受到限制，设备投资和运行成本很高，且因采用与选择性烧结相同的层层铺粉方式，难以用于梯度功能材料零件的成形。
4、等离子熔积成形方法是采用高度压缩、集束性好的等离子束熔化同步供给的金属粉末或丝材，在基板上逐层熔积形成金属零件或模具，该方法比前两种方法成形效率和材料利用率高，易于获得高密度，设备和运行成本低。但是，因弧柱直径较前两者大，成形的尺寸和表面精度不及前两者，故与大功率激光熔积成形方法相似，大都要在成形完后进行精整加工。
5、为此，出现了等离子熔积成形与铣削加工复合无模快速制造方法，即以等离子束为成形热源，在分层或分段熔积成形过程中，依次交叉进行熔积成形与数控铣削精加工，以实现短流程、低成本的直接精确制造。p>
6、上述三种方法中，大功率激光熔积成形法和等离子电弧成形法皆为无支撑、无模熔积成形匀质或复合梯度功能材料零件的方法。与铺粉式的电子束成形、选择性激光烧结/熔化成形，以及采用熔点低的纸、树脂、塑料等的lom(laminated object manufacturing，纸叠层成形)、sla(stereolithography apparatus，光固化成形)，fdm(fuseddepositionmodeling，熔丝沉积制造)、sls(selective laser sintering，选择性激光烧结)等有支撑的无模堆积成形的方法相比，避免了成形时因需要支撑而须添加和去除支撑材料导致的材料、工艺、设备上的诸多不利，减少了制造时间，降低了成本，并可成形梯度功能材料的零件。但是，同时也因无支撑而在有悬臂的复杂形状零件的成形过程中，熔融材料在重力作用下，可能产生下落、流淌等现象，导致难以熔积成形。
7、等离子熔积和铣削复合制造方法虽通过分层的成形和铣削精整，降低了加工复杂程度，但对于侧面带大倾角尤其是横向悬角部分的复杂形状零件，堆积成形时因重力产生的流淌甚至塌落仍不能避免，以至难以横向生长成形。
8、采用气体或真空保护的、使用丝、带状材料的等离子弧/电弧、真空保护的电子束、熔渣保护的电渣焊与埋弧焊等热源熔积成形方法，相比采用粉末状材料的激光送粉成形方法，具有可成形更加复杂形状、熔积效率更高、成本更低等优势，但是，对于复杂精细、薄壁形状的零件，由于其弧柱较粗，成形精度较差，在此类复杂精细和薄壁零件制造时的应用受到限制。
9、然而，因多层熔积造成的热量累积而产生的变形难以避免，对于一些复杂形状、大型零件，上述方法都会产生较大变形，变形严重的会导致熔积成形难以继续，或即便得到成形件也可能因变形过大导致尺寸超差而报废。因此，目前只能通过预测，估计所需的加工余量，在成形完后加工去除这些余量，得到所需尺寸和精度的零件；但在成形过程中还要不断试错、修正，使变形处于尺寸精度要求的范围之内，而对于复杂形状零件，变形难以预测时，为保险起见往往增加加工余量，但这势必导致后续去除加工量增大、效率降低、成本增加。
10、另一方面，现有增材制造方法，一般都是在成形工位上将成形件卸去装夹，移出到加工单元中加工完毕后，再将加工件移到热处理单元上进行热处理，以消除零件的残余应力和变形，防止开裂，提高性能，导致流程长，效率低，成本高。
11、对于尖端科技、航空航天、舰船海工、高铁、兵器等行业，不仅对零部件的组织性能及稳定性，而且对其尺寸及精度要求也很高的行业，以上诸问题尤为突出，已成为制约熔积直接增材成形技术在这些行业进一步发展和实现工业化应用所急需解决的关键技术难点和瓶颈问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其目的在于，待加工零件装夹位置不变，同时在不同加工层或者相同加工层的相同道次或者不同道次中实施不同的工序，从而实现一步到位式超短流程的高精度高性能增材制造。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供了一种增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，在增材制造零件的过程中，同工位并行实施如下工序：增材成形工序、等材塑形或塑性成形工序，同时，还同工位并行实施如下工序的一种或者多种：等材矫形工序、减材加工工序和精整加工工序，从而实现一步到位式超短流程的高精度高性能增材制造。
4、所述同工位并行实施是指待加工零件装夹位置不变，同时在不同加工层或者相同加工层的同道次或者不同道次中实施不同的工序，在增材成形工序、等材塑形或塑性成形工序执行之后，不能满足预期的要求时，就需要执行等材矫形工序。
5、进一步的，其还包括控制形变和改善性能的随动控轧控冷热处理工艺，在增材成形过程中，通过控制等材热塑形过程中的温度、变形程度、变形速率、冷却条件的工艺参数，改善成形体的力学性能，减少残余应力和变形，提高成形精度。
6、进一步的，所述减材加工工序或者精整加工工序具体为，采用激光或电加工或超声方法同步和随动进行铣削加工。
7、进一步的，在不同层的增材成形工序间隔中，采用随动清理方式对增材成型过程中熔积成型区表面缺陷进行随动清理，以得到表面质量好、有利于下道次高质量熔积成形的基体表面或零件表面。
8、进一步的，其还包括设置在增材成形工序、等材塑性成形工序或者等材矫形工序之后、分段并行或在全部成形加工结束后，在成形加工单元内，对成形件或零件进行热处理，以去除其残余应力，减少变形和开裂，提高力学性能。
9、进一步的，其还包括在增材制造零件过程中，通过利用制造设备自身的数控系统和搭载的反求装置及缺陷检测装置，并行反求成形体的形状和尺寸，对形状复杂而难以在成形完后进行缺陷检查的盲区，进行内部和外部的缺陷检测；若有缺陷则采用减材系统去除，之后继续成形；成形完后，也可根据需要，采用同样的方法，在该设备内的同工位上完成零件的缺陷检测。
10、进一步的，在不同成形加工层或者相同成形加工层的相同道次或者不同道次中的不同位置实施不同的工序。
11、进一步的，控制等材原位热塑性成形形过程中的温度、变形程度、变形速率、冷却条件的工艺参数，或者辅助电磁或者超声振动的方式；
12、采用非熔化极气体保护焊的等离子熔积枪作为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，在增材制造零件的过程中，同工位并行实施如下工序：增材成形工序、等材塑形或塑性成形工序，同时，还同工位并行实施如下工序的一种或者多种：等材矫形工序、减材加工工序和精整加工工序，从而实现一步到位式超短流程的高精度高性能增材制造，所述同工位并行实施是指待加工零件装夹位置不变，同时在不同加工层或者相同加工层的相同道次或者不同道次中实施不同的工序，在增材成形工序、等材塑形或塑性成形工序执行之后，不能满足预期的要求时，就需要执行等材矫形工序；其还包括控制形变和改善性能的随动控轧控冷热处理工艺，在增材成形过程中，通过控制等材热塑形过程中的温度、变形程度、变形速率、冷却条件的工艺参数，或者辅助电磁或者超声振动的方式，改善成形体结晶形态、组织力学性能，减少残余应力和变形，提高成形精度；所述减材加工工序或者精整加工工序具体为，采用激光、电加工或超声方式进行同步和随动铣削加工，若精度达不到要求可采用机械铣削或者磨削精加工，直至达到零件精度要求；在成形过程的各道次中或者在不同层或者同层的不同道次的增材成形工序间隔中，采用随动清理方式对增材成
2.如权利要求1所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，其还包括设置在增材成形工序、等材塑形工序或等材矫形工序之后，分段并行的热处理或在全部成形加工结束后，在成形加工单元内，对成形件或零件进行热处理，以去除其残余应力，减少变形和开裂，提高力学性能。
3.如权利要求2所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，其还包括缺陷检测工序，具体的，在增材制造零件过程中，通过利用制造设备自身的数控系统和搭载的反求装置及缺陷检测装置，并行反求成形体的形状和尺寸，对形状复杂而难以在成形完后进行缺陷检查的盲区，进行内部和外部缺陷检测；若有缺陷则采用减材系统去除，之后继续成形，或者在成形完后，在该设备内的同工位上完成零件的缺陷检测。
4.如权利要求1所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，在不同成形加工层或者相同成形加工层的相同道次或者不同道次中的不同位置实施不同的工序。
5.如权利要求1所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，控制等材原位热塑性成形形过程中的温度、变形程度、变形速率、冷却条件的工艺参数，或者辅助电磁或者超声振动的方式；
6.如权利要求1所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，若精度达不到要求可继续采取上述方式或者采用机械铣削或者磨削精加工，直至达到零件精度要求。
7.如权利要求1所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，采用气体保护的激光枪为增材熔积成形用热源，微型轧辊随气体保护激光熔积枪同步运动，用于等材塑性成形的冲击成形激光作用于熔池后凝固区表面；气体保护激光熔积成形枪的功率为2000瓦，并根据待增材制造的飞机发动机机匣的使用性能要求，采用高温合金焊丝，在基板上按照由零件三维CAD模型得到的数字化成形加工路径，逐层同步进行熔积成形与微型塑性成形加工；因机匣尺寸大导致熔积成形变形大，需在上述同步成形加工后进行等材矫形加工，该矫形加工过程紧随激光冲击成形加工后进行，直到零件成形加工结束，将变形矫正至最小；或者在成形过程中对已成形区施加超声振动辅助成形，以提高组织性能，减少残余应力；若零件形状复杂，则需对整体成形完后难以加工的部分，在上述同步成形加工过程中进行无接触式激光铣削加工，或间断接触式超声机械加工，或数层分段复合进行上述方式或机械精整加工；该精整加工过程与同步成形加工过程同步进行，直到零件成形加工结束。
8.如权利要求2所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，采用非熔化极气体保护枪的电弧或者等离子弧和激光复合的热源为增材成形用热源，微型轧辊随复合热源发生装置同步运动，等材塑形用微型轧辊作用于熔池后刚凝固区表面；气体保护电弧或等离子弧熔积枪的熔积电流为200A，激光功率为2000w，并根据待增材制造的飞机框梁的使用性能要求，采用钛合金焊丝，在基板上按照由零件三维CAD模型得到的数字化成形加工路径，逐层同步进行熔积成形与微型塑性成形加工；因飞机框梁尺寸大导致熔积成形变形大，需在上述同步成形加工后进行等材矫形加工，该矫形加工过程紧随微型塑性加工后进行，直到零件成形加工结束，将变形矫正至最小；然而，由于航空零件性能要求高，每层表面的氧化物和杂质不允许带入下成形体中，需采用高效率的随动清理方式对增材成形过...
【技术特征摘要】
1.一种增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，在增材制造零件的过程中，同工位并行实施如下工序：增材成形工序、等材塑形或塑性成形工序，同时，还同工位并行实施如下工序的一种或者多种：等材矫形工序、减材加工工序和精整加工工序，从而实现一步到位式超短流程的高精度高性能增材制造，所述同工位并行实施是指待加工零件装夹位置不变，同时在不同加工层或者相同加工层的相同道次或者不同道次中实施不同的工序，在增材成形工序、等材塑形或塑性成形工序执行之后，不能满足预期的要求时，就需要执行等材矫形工序；其还包括控制形变和改善性能的随动控轧控冷热处理工艺，在增材成形过程中，通过控制等材热塑形过程中的温度、变形程度、变形速率、冷却条件的工艺参数，或者辅助电磁或者超声振动的方式，改善成形体结晶形态、组织力学性能，减少残余应力和变形，提高成形精度；所述减材加工工序或者精整加工工序具体为，采用激光、电加工或超声方式进行同步和随动铣削加工，若精度达不到要求可采用机械铣削或者磨削精加工，直至达到零件精度要求；在成形过程的各道次中或者在不同层或者同层的不同道次的增材成形工序间隔中，采用随动清理方式对增材成形过程中熔积成形区表面氧化物、杂质及缺陷进行随动清理，以得到表面质量好、有利于下道次高质量熔积成形的基体表面或零件表面。
2.如权利要求1所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，其还包括设置在增材成形工序、等材塑形工序或等材矫形工序之后，分段并行的热处理或在全部成形加工结束后，在成形加工单元内，对成形件或零件进行热处理，以去除其残余应力，减少变形和开裂，提高力学性能。
3.如权利要求2所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，其还包括缺陷检测工序，具体的，在增材制造零件过程中，通过利用制造设备自身的数控系统和搭载的反求装置及缺陷检测装置，并行反求成形体的形状和尺寸，对形状复杂而难以在成形完后进行缺陷检查的盲区，进行内部和外部缺陷检测；若有缺陷则采用减材系统去除，之后继续成形，或者在成形完后，在该设备内的同工位上完成零件的缺陷检测。
4.如权利要求1所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，在不同成形加工层或者相同成形加工层的相同道次或者不同道次中的不同位置实施不同的工序。
5.如权利要求1所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，控制等材原位热塑性成形形过程中的温度、变形程度、变形速率、冷却条件的工艺参数，或者辅助电磁或者超声振动的方式；
6.如权利要求1所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，若精度达不到要求可继续采取上述方式或者采用机械铣削或者磨削精加工，直至达到零件精度要求。
7.如权利要求1所述的增材制造过程中并行控制零件变形和精度的方法，其特征在于，采用气体保护的激光枪为增材熔积成形用热源，微型轧辊随气体保护激光熔积枪同步运动，用于等材塑性成形的冲击成形激光作用于熔池后凝固区表面；气体保护激光熔积成形枪的功率为2000瓦，并根据待增材制造的飞机发动机机匣...
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