一種超大長徑比深孔類零件的金屬增材制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料加工領域，更具體地，涉及一種超大長徑比深孔類零件的金屬增材制造方法。
【背景技術】
[0002]在機械制造中，一般L/D > 50 (L為孔深，D為孔徑)的孔稱為深孔，L/D > 100的孔稱為超深孔。深孔類零件在制造業中占有重要的地位。零件中的深孔加工是加工制造技術中的難點之一。深孔由于其超大的長徑比以及加工時的封閉和半封閉狀態，決定了其加工過程有如下難點:切削散熱難、工藝系統剛性差、刀具易走偏等。目前世界上利用外排肩(如槍鉆)深孔鉆削技術，可鉆削的孔徑小到1.8_，而內拍肩深孔鉆削的孔徑可小到2.5mm，且多數采用SIED(單管內排肩噴吸鉆)技術。對于孔徑小到1mm及以下，長徑比超過200的超長深孔，其鉆削加工仍是制造業有待解決的問題。
[0003]另外，目前制造業深孔類零件的加工制造面臨個性化、小批量等要求，傳統加工工藝周期較長、成本較高、材料利用率低，尤其對于鈦合金等采用傳統方法難于加工的金屬材料，探索其加工制造的有效方法，具有重要意義。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的以上缺陷或不足，本發明提供了一種超大長徑比深孔類零件的金屬增材制造方法，其目的在于為超大長徑比深孔類零件的加工制造提供一種解決方案，由此解決深孔類零件個性化需求和其孔徑小到1mm及以下難以加工制造的問題。
[0005]為實現上述目的，本發明提供一種超大長徑比深孔類零件的金屬增材制造方法，尤其是對于深孔直徑低至1_的超大長徑比深孔類零件。利用增材制造過程中“層層累積”的特點，將深孔加工與增材制造過程相結合，每沉積一層金屬后進行平面銑削，再進行鉆孔成形，重復此工藝過程，直到零件成形。
[0006]進一步的，所述的制造方法，包括如下步驟:
[0007]1.將需要成形的零件分為若干沉積層，各沉積層平行于基板工作面；
[0008]2.在基板工作面上沉積一層金屬材料；
[0009]3.對所沉積金屬材料表面進行銑削加工，使其成為平行于基板工作面的光潔表面；
[0010]4.根據所成形零件的深孔位置和尺寸，用鉆孔工具在所述光潔表面對沉積層進行鉆孔，孔徑與各沉積層的孔徑要求相對應，鉆孔深度大于所述沉積層高度；
[0011]5.重復2-4步驟，直到完成最上一層金屬的沉積與鉆孔；
[0012]6.將成形零件從基板上切割下來，完成零件的金屬增材制造。
[0013]圖1、圖2是上述過程的示意圖。
[0014]進一步的，所述的制造方法，在每一層鉆孔之后，下一層沉積之前，對沉積表面進行銑削，使其光潔，可以使相鄰的沉積層之間實現更好的冶金結合。
[0015]進一步的，鉆孔表面位于銑削平面內，所述深孔主要位于零件薄壁處。
[0016]進一步的，成形零件包括基板時，不將零件從基板上切割下來。
[0017]進一步的，所述的制造方法，用于成形的金屬包括但不限于鋼、鋁合金、鈦合金及其它高溫合金。
[0018]進一步的，所述的制造方法，各層鉆孔的直徑是相同的。
[0019]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，由于在每層增材制造的過程中進行深孔的加工，具有如下優點:避免了傳統深孔加工中存在的許多技術難題，如切肩散熱困難、排肩困難等；可實現大范圍長徑比的深孔加工，孔徑可低至1mm ;工藝過程簡單，成形周期較短，成本較低，材料利用率高。
【附圖說明】
[0020]圖1是金屬增材制造第一層薄壁墻及平面銑削、鉆孔成形橫截面示意圖；
[0021]圖2是金屬增材制造第二層薄壁墻及平面銑削、鉆孔成形橫截面示意圖；
[0022]圖3為金屬增材制造錐形深孔薄壁件示意圖；
[0023]圖4為金屬增材制造錐形深孔薄壁件俯視示意圖。
[0024]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的結構，其中:1_成形基板；2-第一層沉積金屬橫截面；3_鉆孔；4_第二層沉積金屬橫截面；5_金屬增材制造錐形深孔薄壁件的成形基板；6_金屬增材制造錐形深孔薄壁件。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0026]實施例:如圖3和圖4所示的錐形薄壁深孔類零件，成形材料為低碳鋼，此零件豎直高度為0.24m，壁厚3_，母線與中心軸夾角為14°，底部內徑為0.2m，頂部內徑為0.32m，所需加工的30個深孔位于薄壁中心部位，直徑均為1mm，并且均勻分布。增材制造方法選擇電弧熔絲增材制造。焊絲材料為直徑1mm的低碳鋼焊絲，成形基板選擇低碳鋼材料，基板尺寸為400X400 X 20 (長X寬X高，單位為mm)。其成形步驟如下:
[0027]步驟1:將基板固定在工作臺上，設定每層沉積路徑為圓，隨著沉積層數的增加，圓的半徑隨之增加。沉積每層金屬時，設定焊槍導電嘴與基板距離為10mm ;
[0028]步驟2:設定初始成形參數:送絲速度為7m/min，焊接速度為0.3m/min。起弧開始沉積一層金屬，圓形路徑沉積結束后收弧；
[0029]步驟3:用銑刀沿平行于基板工作面方向銑平沉積金屬表面，之后測得沉積層高度為3mm ；
[0030]步驟4:用直徑1mm的鉆頭在指定位置鉆孔，鉆孔深度設為3.2mm ；
[0031]步驟5:根據第一層金屬沉積高度，由三角函數關系推算出第二層沉積路徑(圓)的半徑增加值，改變參數。送絲速度設為5.8m/min，焊接速度為0.3m/min，起弧開始沉積第二層金屬，圓形路徑沉積結束后收弧。進行平面銑削，測得第二層沉積金屬高度為2.3mm，然后用直徑1mm的鉆頭在指定位置鉆孔。按此步驟，沉積到第六層金屬后，沉積厚度基本固定為1.5mm，成形參數也固定不變。依此過程，直到完成整個深孔類零件的成形；
[0032]步驟6:用線切割機將成形零件從基板上切割下來。
[0033]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種超大長徑比深孔類零件的金屬增材制造方法，其采用增材制造工藝，通過電弧熔絲、激光送粉或送絲實現增材制造，其特征在于，零件逐層沉積、逐層鉆孔，各沉積層的結構和鉆孔尺寸根據成形零件的外形和孔徑特征及尺寸確定。2.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: (2.1)將需要成形的零件分為若干沉積層，各沉積層平行于基板工作面； (2.2)在基板工作面上沉積一層金屬材料； (2.3)對所沉積金屬材料表面進行銑削加工，使其成為平行于基板工作面的光潔表面； (2.4)根據所成形零件的深孔位置和尺寸，用鉆孔工具在所述光潔表面對沉積層進行鉆孔，孔徑與各沉積層的孔徑要求相對應，鉆孔深度大于所述沉積層高度； (2.5)重復(2.2)、(2.3)、(2.4)步驟，直到完成最上一層金屬的沉積與鉆孔； (2.6)將成形零件從基板上切割下來，完成零件的金屬增材制造。3.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于，在每一層鉆孔之后，下一層沉積之前，對沉積表面進行銑削，使其光潔。4.根據權利要求2或3所述的制造方法，其特征在于，鉆孔表面位于銑削平面內，所述深孔位于零件薄壁處。5.根據權利要求2或3所述的制造方法，其特征在于，用于成形的金屬包括鋼、鋁合金、鈦合金和其它高溫合金。6.根據權利要求1-3所述的制造方法，其特征在于，各層鉆孔的直徑是相同的。
【專利摘要】本發明公開一種超大長徑比深孔類零件的金屬增材制造方法，首先通過金屬增材制造沉積一層金屬，然后銑削成平面，最后鉆孔加工孔徑，形成“沉積金屬，銑削平面，鉆孔成形”的工藝過程。其特點是在增材制造每層金屬的過程中進行深孔的加工，變深孔加工為厚度約1～3mm的淺孔加工，因而可以有效地解決直徑小到1mm的超大長徑比深孔無法加工的問題，避免了傳統深孔加工中切削散熱難、刀具易走偏等技術難題，制造成本較低，零件成形良好，工藝過程簡單、靈活。此方法適合于含深孔的大型薄壁金屬零件的加工制造，以彌補傳統深孔加工方法的諸多不足。
【IPC分類】B23P15/00
【公開號】CN105269269
【申請號】CN201510796318
【發明人】王福德, 曾曉雁, 李玉飛, 曹嘉明, 高明
【申請人】華中科技大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月18日