带密集斜孔特征的异形格栅激光选区熔化成形一体化制造方法与流程

1.本发明属于材料加工制造技术领域，涉及格栅零件的激光选区熔化成形制造方法，具体而言，涉及一种带密集斜孔特征的异形格栅激光选区熔化成形一体化制造方法。


背景技术：

2.飞机格栅类零件作为飞机内部热量散失以及内外部气流交换的主要功能件，其制造精度直接影响飞机内部温度的散热率，是机身内部电子元器件可以正常稳定运行的决定性因素。目前，飞机格栅零件的传统加工制造工艺主要由两种，一种是钣金切割成长桁后，采用焊接工艺将各长桁制造成纵横交错的的网格结构，采用此方法制造的格栅，易产生变形，且涉及多条焊道的交错，提升了焊道中残留焊接缺陷的风险，降低了零件的整体性；另一种是通过钣金件成形蒙皮后，采用激光切割或电火花制孔等工艺，在钣金制件上完成格栅孔的制造，采用此方法受限于制孔工艺的可精确成形窗口，只能成形简单孔的制造，诸如具有异形特征的复杂孔难以精确成形。因此，为了满足新一代飞机兼顾高气动、高隐身特性的要求，亟待开发一种针对异形孔特征的格栅零件的精确制造方法。


技术实现要素：

3.本发明针对上述格栅零件制造过程中出现成形精度低、整体性差以及成形材料受限等问题，提出一种带密集斜孔特征的异形格栅激光选区熔化成形一体化制造方法。本发明利用激光选区熔化制造技术柔性好、待加工零件结构适应性强等特点，依据待加工零件的结构特点，通过合理设计零件摆放角度、支撑结构排布、支撑类型以及激光扫描路径，实现一体化成形带密集斜孔特征的异形格栅，提高格栅零件的制造精度及整体性。
4.本发明的技术方案：
5.带密集斜孔特征的异形格栅激光选区熔化成形一体化制造方法，包括以下步骤：(1)依据待加工零件的外形轮廓，确定零件的加工基面及质心位置；(2)结合支撑排布方式及结构形式迭代优化确定零件摆放的空间状态，分析零件选区熔化成形制造过程中的应力场及可能的变形状态，设计确定各区域的支撑类型；(3)确定激光扫描路径；(4)最后选用数据库中对应的工艺参数，完成最终零件的制造。
6.所述步骤(1)中，零件质心位置的确定是利用三维软件中的质心模块确定的，则零件的加工基面s应通过质心a，且与零件三视图s1、s2、s3中投影外轮廓最大面平行，则零件的摆放空间状态，应满足零件倾斜放置时，加工基面的最长边l为加工时的底部与基板贴合，栅格孔中性层栅格边缘线在投影面上的投影不得重叠，防止间距太小后续支撑制造时成为实体，造成栅格孔的堵塞；同时其质心a与质心a在基板的投影点a’之间的连线aa’与零件加工基面的倾角α应为40
°
～80
°
，优选零件摆放倾角α越大越有利于减小零件加工时所占用的面积，实现多件同时制造，提高制造效率。
7.所述步骤(2)中，支撑的排布方式应满足在零件所放空间位置状态时，对零件起到
支撑防坍塌作用，原则为所有支撑应在零件的非气动面侧t，有悬臂特征的且悬臂端点b与悬臂支点c连线与底板夹角小于70
°
时，均需设计全型面支撑；栅格处以栅格之间的隔断为基面设计支撑，为了在保证支撑有足够刚度的同时还可以降低支撑重量，支撑的截面选用边长为1～2mm的密集网格形式，且应在各网格拐角处形成设计连接面，连接面壁厚为1～2mm，避免制造过程中，支撑还未与零件连接前，独立的支撑垂直生长导致的支撑坍塌，由于支撑在制造过程中还起到防变形的作用，因此，在零件最大投影面的两侧需将网格状支撑替换为拓扑结构的杆状支撑，其由垂直于基板的主杆与向非气动面发散生长的枝状支杆组成，主杆直径不小于8mm，支杆直径不小于3mm。
8.所述步骤(3)中，激光扫描路径应为先内部再边缘的顺序进行，内部扫描路径为点光源s型扫描，为了两线之间出现间隙，因此，光斑重叠率o应在25％～35％之间，边缘扫描采用点光源描边扫描，光源半径应大于内部扫描时启始端与终端的错位尺寸，同一层的激光扫描路径一致，在每层扫描时，为了协调层与层之间的应力状态，降低零件完成制造后整体的残余应力，避免过大残余应力造成零件扭曲变形，层与层之间的激光扫描方向应旋转一定的角度θ，40
°
《θ《80
°
且θ值应不被360
°
整除，随着零件制造过程的逐层升高，后续各层应与上一层沿一个方向旋转相同的角度。
9.所述步骤(4)中，选用数据库中对应的工艺参数，功率300～350w，扫描速度1000～1500mm/s，完成最终零件毛坯的制造，并去除支撑得到最终的零件。
10.本发明的有益效果：本发明针对格栅零件制造过程中出现成形精度低、整体性差以及成形材料受限等问题，提出一种带密集斜孔特征的异形格栅激光选区熔化成形一体化制造方法，提高了零件的整体性以及一致性。本发明通过合理安排零件摆放状态，保证零件各层受热面均匀，减少零件制造过程占地率；优化设计支撑结构，提升零件制造过程中整体的稳定性；精确控制扫描路径，提升零件的整体一致性。
附图说明
11.图1为零件加工空间位置示意图。
12.图2为支撑位置示意图。
13.图3为拓扑结构的杆状支撑示意图。
14.图中：1质心；2质心在基板的投影点；3加工基面；4待加工零件基面上的最长边；5基板；6网格支撑；7悬臂端点；8悬臂支点；9拓扑结构的杆状支撑；10杆状支撑主杆；11杆状支撑支杆。
具体实施方式
15.以下结合实施例和附图进一步解释本发明的具体实施方式，但不用于限定本发明。
16.一种带密集斜孔特征的异形格栅激光选区熔化成形一体化制造方法，步骤如下：
17.首先，确定零件加工时的空间位置状态，用三维制图软件打开零件的数模，并利用软件自带的质心模块，确定待加工零件的质心1；并将待加工零件投影为三视图s1、s2与s3，采用网格法分别计算测量三幅二维平面图面积，确定零件的加工基面3，该加工基面3通过质心1并与面积最大的投影视图所对应的面平行；选取待加工零件基面上的最长边4作为零
件加工时与基板5贴合面，以待加工零件质心1与质心在基板的投影点2连线，则确定连线与加工基面3之间的夹角呈70
°
。
18.其次，零件加工时的支撑设计，选取零件的非气动面侧添加零件制造时的栅格支撑，识别零件的悬臂特征且悬臂端点7与悬臂支点8连线与底板的夹角小于70
°
的悬臂处添加拓扑结构的杆状支撑9，而栅格特征以隔断为基面添加支撑，支撑的截面选用边长为1.5mm的密集网格，网格之间的连接面厚度为1.5mm；同时在悬臂处的拓扑结构的杆状支撑9，其中主杆10的直径为10mm，支杆11直径为5mm。
19.再次，确定激光扫描路径，扫描路径采用先内部后边缘的方式，内部扫描路径为点光源s型扫描，单道之间的光斑重叠率o为30％，边缘扫描采用点光源描边扫描，光源半径应为0.5mm，且同一层的激光扫描路径一致，层与层之间的扫描方向应旋转67
°
，随着零件制造过程的逐层升高，后续各层应与上一层沿一个方向旋转相同的角度67
°
。
20.最后选用数据库中对应的工艺参数，功率300w，扫描速度1200mm/s，完成最终零件毛坯的制造，并去除支撑得到最终的零件。