一种无支撑倾斜结构的激光近净成形方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光修复、激光近净成形技术领域，涉及一种无支撑条件下倾斜结构的激光近净成形方法。
【背景技术】
[0002]激光近净成形技术作为一种金属零件直接成形工艺，由于支撑材料、工艺局限等诸多因素的影响，在成形过程中很难采用添加支撑的方式来解决成形零件悬垂问题。随着工业发展对复杂零件修复和直接成形技术的依赖日益增强，具有大倾斜角度特征的复杂零件亟需突破无支撑条件下的角度成形问题。采用五轴数控系统是成形大倾斜角度结构的一种常用方法，但五轴数控系统对激光近净成形系统的硬件要求极高，增加了设备复杂性和零件加工成本，因此，如何在三轴开环控制条件下成形出无需支撑的高形状精度、大倾斜角度结构具有现实意义。
[0003]在三轴数控工作台上成形无支撑倾斜结构，通常采取激光束垂直照射的激光近净成形方法，通过激光束在水平方向逐层偏移的方式进行多层堆积，进而实现倾斜结构的成形。为成功成形出无支撑倾斜结构，必须保证在成形过程中激光束逐层偏移时倾斜结构不塌陷，因此，其倾斜角度受到一定的限制。目前在三轴开环条件下，采用激光束垂直照射的激光近净成形方法所成形的倾斜结构与垂直方向的夹角均未超过45°:
[0004](I)尚晓峰，刘伟军，王维，王志坚，金属粉末激光成形零件倾斜极限[J]，机械工程学报，2007年第43卷第8期第97?100页，公开了一种采用激光束垂直照射方式成形旋转薄壁的方法，并研宄了无支撑条件下侧壁倾斜角度极限，指出层间搭接率是产生倾斜极限和熔覆层塌陷的直接原因，推导出倾斜极限角度及极限层间搭接率的计算公式，得到能够成形的最大倾斜角度为36.3°。采用该方法所成形零件的倾斜角度较小，且由于激光束采用垂直照射方式，因此要求成形结构垂直方向无干涉，无法成形大角度的倾斜结构。
[0005](2)王续跃，江豪，徐文骥，郭东明，变Z轴提升量法圆弧截面倾斜薄壁件激光熔覆成形研宄[J]，中国激光，2011年第38卷第10期第78?84页，公开了一种在三轴开环条件下倾斜结构的激光近净成形方法，采用激光束垂直照射和变Z轴提升量的方法熔覆无支撑圆弧截面倾斜薄壁件，所成形的薄壁件与垂直方向的倾斜角最大为39.5°。采用该方法所成形的零件倾斜角度较小，且要求成形结构垂直方向无干涉，无法实现大角度、结构复杂倾斜结构的激光近净成形。
【发明内容】
[0006]为解决在三轴开环条件下，激光近净成形无支撑倾斜结构的倾斜角度较小等问题，本发明提出了一种无支撑倾斜结构的激光近净成形方法。
[0007]一种无支撑倾斜结构的激光近净成形方法，步骤如下:
[0008]A、确定所需成形的无支撑倾斜结构角度；所述的确定所需成形的无支撑倾斜结构角度为无支撑倾斜结构与垂直方向所成夹角，所需成形的无支撑倾斜结构角度为45°? 85。；
[0009]B、根据所需成形的无支撑倾斜结构角度，将激光头与垂直方向偏转一定角度，即为激光束与垂直方向预设夹角，所述的预设夹角为5°?45° ;
[0010]C、根据预设夹角，保证激光束与所需成形的无支撑倾斜结构之间存在夹角，所述的夹角为0°?45° ;所述的夹角与预设夹角之和为所需成形的无支撑倾斜结构角度；
[0011]D、启动激光近净成形系统，开始成形无支撑倾斜结构，最终获得所需的无支撑倾斜结构角度。
[0012]本发明提出的一种无支撑倾斜结构的激光近净成形方法具有以下优点:
[0013]1、所述的一种无支撑倾斜结构的激光近净成形方法，能够在三轴开环条件下，在激光束与垂直方向预设夹角后，成形出无支撑倾斜结构与垂直方向夹角在45°?85°之间的大倾斜角度，这对于复杂零件的激光修复和直接成形具有重要意义；
[0014]2、所述的一种无支撑倾斜结构的激光近净成形方法，由于激光束与垂直方向可预设夹角，有效避免了因成形结构垂直方向存在干涉而无法成形的问题，拓展了该技术的适用范围。
【附图说明】
[0015]附图是本发明无支撑倾斜结构的激光近净成形方法示意图。
[0016]图中激光束；2无支撑倾斜结构；3激光束与垂直方向预设夹角；
[0017]4无支撑倾斜结构角度；5激光束与所需成形的无支撑倾斜结构之间夹角。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和2个实施例对本发明进行进一步说明。在实施例中，所选激光近净成形参数为:激光功率1000W，扫描速度360mm/min，送粉量为7.98g/min，单层垂直提升量为0.2mm，水平层间偏移量为0.35mm ;所用粉末为316L不锈钢粉末，烘干后装入送粉器的送粉筒中；所用不锈钢基板用砂纸打磨并用酒精擦拭。
[0019]实施例1
[0020]具体步骤如下:
[0021]A、成形前确定所需成形的无支撑倾斜结构角度4为56° ;
[0022]B、将激光头与垂直方向偏转40°，使激光束I与垂直方向预设夹角3为40° ;
[0023]C、根据激光束与垂直方向预设的40°夹角，激光束与所需成形的无支撑倾斜结构之间夹角5为16°，满足激光束与所需成形的无支撑倾斜结构角度之间所成夹角要求；
[0024]D、启动激光近净成形系统，成形无支撑倾斜结构2，最终获得所需的56°无支撑倾斜结构角度。
[0025]实施例2
[0026]具体步骤如下:
[0027]A、成形前确定所需成形的无支撑倾斜结构角度4为68° ;
[0028]B、将激光头与垂直方向偏转30°，使激光束I与垂直方向预设夹角3为30° ;
[0029]C、根据激光束与垂直方向预设的30°夹角，激光束与所需成形的无支撑倾斜结构之间夹角5为38°，满足激光束与所需成形的无支撑倾斜结构角度之间所成夹角要求；
[0030]D、启动激光近净成形系统，成形无支撑倾斜结构2，最终获得所需的68°无支撑倾斜结构角度。
[0031]以上所述实例仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种无支撑倾斜结构的激光近净成形方法，步骤如下: A、确定所需成形的无支撑倾斜结构角度；所述的确定所需成形的无支撑倾斜结构角度为无支撑倾斜结构与垂直方向所成夹角，所需成形的无支撑倾斜结构角度为45°?85° ; B、根据所需成形的无支撑倾斜结构角度，将激光头与垂直方向偏转一定角度，即为激光束与垂直方向预设夹角，所述的预设夹角为5°?45° ; C、根据预设夹角，保证激光束与所需成形的无支撑倾斜结构之间存在夹角，所述的夹角为0°?45° ;所述的夹角与预设夹角之和为所需成形的无支撑倾斜结构角度； D、启动激光近净成形系统，开始成形无支撑倾斜结构，最终获得所需的无支撑倾斜结构角度。
【专利摘要】本发明公开了一种无支撑倾斜结构的激光近净成形方法，属于激光修复、激光近净成形技术领域。根据所需成形的无支撑倾斜结构角度，激光头与垂直方向偏转一定角度，使激光束与垂直方向预设夹角为5°～45°，并且保证激光束与所需成形的无支撑倾斜结构之间存在夹角为0°～45°，最终成形出无支撑倾斜结构与垂直方向夹角为45°～85°的大倾斜角度。本发明对于复杂零件的激光修复和直接成形具有重要意义且有效避免了因成形结构垂直方向存在干涉而无法成形的问题，拓展了该技术的适用范围。
【IPC分类】B22F3-105
【公开号】CN104625059
【申请号】CN201510030170
【发明人】马广义, 石龙飞, 邓德伟, 张永康, 王鑫林, 柴东升, 吴东江
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月21日