【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及旋压及增材制造行业，具体是一种旋压+增材复合制造带外吊耳不等壁厚圆筒的加工方法。
技术介绍
1、随着新型武器的发展，带吊耳的发动机壳体越来越多，该类壳体为不等壁厚圆筒结构，薄壁和厚壁壁厚差通常在1-4mm，在厚壁部位外表面设计有吊耳，吊耳与圆筒表面连接处尺寸约为40×40mm，高度约为20-50mm。该类结构示意图见附图1。该类结构在使用过程中需要经历多频次反复吊装，对结构强度要求极高。目前该类机构采用厚壁管机加焊接法或者整体增材制造加工。使用厚壁管整体切削制造方法，需要进行大量的减材制造，工序繁琐，加工效率慢，材料利用率低；整体增材制造方法尺寸受限，成本较高。
2、目前所采用的制造过程有两种，分别为：
3、机加焊接法：所使用的原材料为厚壁管；对厚壁管进行x射线探伤后进行粗切削加工；对经过粗加工的厚壁管进行热处理，以获得优良微观组织，使其满足力学性能要求；进行精加工，得到满足精度要求的圆筒。
4、整体增材制造法：使用金属粉末，通过增材制造工艺进行整体增材制造，得到圆筒的坯料；对所述坯料探伤、热处理后，进行精加工，得到满足精度要求的圆筒。
5、所述的机加焊接法加工周期长、工序繁琐，材料利用率低；整体增材制造法受限于增材制造设备的容积，并且成本较高、加工效率低。
6、北京航星机器制造有限公司在申请号为201911114222.5的专利申请中公开了一种局部增材制造预成形铝合金挤压成形工艺方法，该专利技术是通过在机加成品基体外部采用局部增材制造的方法制造预成形件，
7、针对上述加工周期长、工序繁琐、材料利用率低、成本高等问题。本专利技术提出了一种带吊耳不等壁厚圆筒旋压+增材复合成形及控制变形方法，该方法充分利用了旋压技术在加工薄壁回转体零件的技术优势和增材制造技术在局部成形方面的优势，从而实现带吊耳不等壁厚圆筒的高效、低成本加工。
8、但是采用旋压+增材制造方法制备带吊耳不等壁厚圆筒存在的难点在于，激光增材制造过程热输入量较大，容易产生变形。不等壁厚圆筒形状精度保证难度大。
9、针对激光增材过程中变形大等问题，本专利技术提出了一种控制变形方法。采用分瓣撑具装置撑圆及冷却套冷却方式，并且精确调控激光增材制造参数，控制增材过程中圆筒的变形。这也是该专利技术的核心所在。
10、本方法有两个难点，一是热输入量过大，造成变形量大，二是增材制造部位局部变形大，受高温影响，晶粒有粗大风险，影响局部性能。
技术实现思路
1、为了提高带吊耳不等壁厚圆筒制作效率，控制不等壁厚圆筒激光送粉增材制造时的变形，本专利技术提出了一种有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法。
2、本专利技术的具体过程是：
3、步骤1，制备旋压毛坯；
4、步骤2，设定旋压毛坯分段：
5、所述旋压毛坯为不等壁厚圆筒，在该旋压毛坯的外圆周表面有三个增强段，依次为第一增强段、第二增强段和第三增强段；所述第一增强段位于该旋压毛坯一端增材制造吊耳的部位，依次沿轴向该旋压毛坯另一端分布所述第二增强段和第三增强段，各相邻的两个增强段之间是薄壁段；所述薄壁段与增强段的轴向长度比例为1：1；
6、所述各段薄壁段的长度均为50mm。第一增强段厚度为2mm，第二增强段厚度为2.5mm，第三增强段厚度为3mm。各薄壁段的厚度为1.5mm。
7、步骤3：旋压制作不等壁厚圆筒坯料：
8、按设定的旋压毛坯的结构参数，通过强力旋压制作不等壁厚圆筒坯料。
9、旋压参数如下：旋轮轴向错距为8±1mm，进给比为0.6mm/r，主轴转速为80r/min。
10、得到圆筒坯料
11、步骤4：圆筒坯料的去应力退火：
12、将退火炉预热至300℃，在不等壁厚圆筒坯料表面喷涂热处理保护涂层；完成喷涂后自然干燥30min；将表面喷涂有热处理保护涂层的圆筒坯料竖直地放入退火炉内，并使该圆筒坯料的倾斜角度≤1°。退火炉以2℃/s均匀升温至450～650℃，保温时长为45～120min；保温结束后随炉冷却至200℃以下出炉。
13、所述热处理保护涂层的厚度为25～30μm。
14、步骤5：安装控制变形工装；
15、所述控制变形工装由撑圆机构和冷却套组成；其中，撑圆机构包括分瓣撑具、芯轴和盖板。安装时，将所述冷却套装入所述圆筒坯料的内，并使该冷却套的外圆周表面与所述圆筒坯料的内圆周表面之间贴合。所述冷却套上有冷却管，使该冷却管与增材制造吊耳的部位相对应。将所述撑圆机构的三个分瓣撑具装入所述冷却套内，并使各分瓣撑具沿该冷却套的内圆周均匀分布；所述坯料圆筒有第三加强筋一端的端面与各分瓣撑具下端的坯料圆筒定位台的上端面贴合。将芯轴置于分瓣撑具内部，芯轴外表面与分瓣撑具内表面贴合。将盖板与各分瓣撑具的上端面固连，保持将圆筒撑圆的状态。
16、步骤6：激光送粉增材制造的准备：
17、所述激光送粉增材制造的准备是对安装有控制变形工装和冷却套的不等壁厚旋压圆筒坯料上增材制造吊耳的部位进行局部预加热；预加热温度为300℃，预加热时间为60min。
18、步骤7：激光送粉增材制造吊耳。
19、采用2kw光纤激光器，在经过预加热的不等壁厚旋压圆筒坯料的外圆周表面通过增材制造吊耳。具体是：
20、在不等壁厚旋压圆筒坯料的外圆周表面建立增材制造坐标系；该增材制造坐标系是按设计的吊耳位置，以第一增强段上表面设计的吊耳边缘为原点，以不等壁厚旋压圆筒坯料的轴线为x轴，以不等壁厚旋压圆筒坯料的周向为y轴，以不等壁厚旋压圆筒坯料的径向为z轴。
21、激光送粉增材时，首先打开冷却装置进行全程冷却，再逐层进行打印吊耳，直至达到设计要求的结构尺寸。
22、所述逐层打印的具体过程是：
23、第1层沿该等壁厚旋压圆筒坯料的轴线方向进行打印，起始点为(0，0，0)，路径为(0，0，0)→(40，0，0)→(40，0.5，0)→(0，0.5，0)→(0，1，0)→(40，1，0)→(40，1.5，0)→(0，1.5，0)→(0，2，0)→(40，2，0)→(40，2.5，0)→(0,2.5，0)，如附图6所示路径，直至(43，28，0)；
24、第1层打印结束后，激光器回到原点并在z轴方向增加一个步长，为(0，0，0.5)，在所述第1层表面进行第2层打印，第2层起始点为(0，0，0.5)，打印路径与第1层的路径相互垂直，为(0，0，0.5)→(0，25，0.5)→(0.5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，具体过程是：
2.如权利要求1所述有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，所述各段薄壁段的长度均为50mm；第一增强段厚度为2mm，第二增强段厚度为2.5mm，第三增强段厚度为3mm；各薄壁段的厚度为1.5mm。
3.如权利要求1所述有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，所述热处理保护涂层的厚度为25～30μm。
4.如权利要求1所述有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，所述控制变形工装由撑圆机构和冷却套组成；其中，撑圆机构包括分瓣撑具(5)、芯轴(6)和盖板(4)；安装时，将所述冷却套装入所述圆筒坯料的内，并使该冷却套的外圆周表面与所述圆筒坯料的内圆周表面之间贴合；所述冷却套上有冷却管，使该冷却管与增材制造吊耳的部位相对应；将所述撑圆机构的三个分瓣撑具(5)装入所述冷却套(8)内，并使各分瓣撑具沿该冷却套的内圆周均匀分布；所述坯料圆筒有第三加强筋一端的端面与各分瓣撑具下端的坯料圆筒定位台的上端面贴合；将芯轴置于分瓣撑具内部，芯轴外表面与分瓣撑具内表面贴合；将盖
5.如权利要求1所述有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，预加热温度为300℃，预加热时间为60min。
6.如权利要求1所述有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，所述逐层打印的具体过程是：
7.如权利要求1所述有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，所述增材制造吊耳的工艺参数是：激光器光斑的直径1mm，激光功率为1000W，扫描速度为15mm/min，道间偏移量为1.5mm，层厚为0.6mm，成形气流量为5L/min，送粉量4.5g/min；制造过程在氩气保护气氛中进行。
8.如权利要求1所述有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，所述后处理的退火是将退火炉预热至300℃；将增材后的带吊耳结构圆筒+撑圆机构放入退火炉内；退火炉以2℃/s均匀升温至450～600℃，保温时长为30～90min；保温结束后随炉冷却至200℃以下出炉。
...【技术特征摘要】
1.一种有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，具体过程是：
2.如权利要求1所述有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，所述各段薄壁段的长度均为50mm；第一增强段厚度为2mm，第二增强段厚度为2.5mm，第三增强段厚度为3mm；各薄壁段的厚度为1.5mm。
3.如权利要求1所述有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，所述热处理保护涂层的厚度为25～30μm。
4.如权利要求1所述有外吊耳圆筒的旋压增材复合加工方法，其特征在于，所述控制变形工装由撑圆机构和冷却套组成；其中，撑圆机构包括分瓣撑具(5)、芯轴(6)和盖板(4)；安装时，将所述冷却套装入所述圆筒坯料的内，并使该冷却套的外圆周表面与所述圆筒坯料的内圆周表面之间贴合；所述冷却套上有冷却管，使该冷却管与增材制造吊耳的部位相对应；将所述撑圆机构的三个分瓣撑具(5)装入所述冷却套(8)内，并使各分瓣撑具沿该冷却套的内圆周均匀分布；所述坯料圆筒有第三加强筋一端的端面与各分瓣撑具下端的坯料圆筒定位台的上端面贴合；将...
【专利技术属性】
技术研发人员：张锋，张立平，写旭，赵琳瑜，王猛，李忻婷，陈怀吉，陈志敏，吴帅，邵芬，
申请(专利权)人：西安航天动力机械有限公司，
类型：发明
国别省市：
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