[发明专利]一种基于残余应力释放的大尺寸结构件激光增材制造方法

说明书

本发明提出了一种基于残余应力释放的大尺寸结构件激光增材制造方法，首先以结构件长缘与基板的夹边为旋转轴，将结构件的底缘沿增材制造建造方向旋转使短缘底部向上抬高，将模型底部与基板空缺处填实；根据底缘长度，在短缘与基板连接处作边倒圆；以边倒圆与短缘相交边的高度为第一应力释放孔的圆心高度；以第一应力释放孔向下靠近旋转轴方向的设置第二应力释放孔；将构件的模型导入激光增材制造设备，进行打印得到结构件；对打印后的机构进行热处理，得到去除参与应力的结构件。本发明能够提高打印件的成品率。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别是一种基于残余应力释放的大尺寸结构件激光增材制造方法。

背景技术

舵翼结构是飞行器的主要承力部件之一，传统的制备方法主要是通过蒙皮及骨架结构的焊接，这种方法需要耗费大量的人力物力来完成零部件的机加和焊接，其研制周期长，研制成本较高。随着金属增材制造技术的发展，打印机的成形舱尺寸越来越大，设备的有效成形长度超过600mm，这为舵翼类大尺寸结构件的增材制造带来了可能。在激光增材制造过程的加热周期中，材料的热膨胀受到较低温度下的周围材料的限制，从而在加热区域形成压应力，在冷却周期中，受热区域开始冷却，该区域中材料的收缩收到加热阶段形成的塑性应变的限制而形成拉应力。如果在热-冷循环中应力的大小超过材料的屈服强度，即使材料冷却到环境温度下，也会形成残余应力留在零件内。对于舵翼类大尺寸结构件，其冷却过程中底部的残余应力较大，尤其是短缘处由于缺乏材料约束，断裂和变形的风险倍增。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于残余应力释放的大尺寸结构件激光增材制造方法，针对舵翼类大尺寸金属结构件，尤其是钛合金、高强钢等强度较大的材料，可以有效的减少了打印裂痕出现的概率，实现了结构复杂铜合金零件的一次成形。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于残余应力释放的大尺寸结构件激光增材制造方法，包括以下步骤：

模型构建：

以结构件长缘与基板的夹边为旋转轴，将结构件的底缘沿增材制造建造方向旋转使短缘底部向上抬高，将模型底部与基板空缺处填实；

根据底缘长度，在短缘与基板连接处作边倒圆；

以边倒圆与短缘相交边的高度为第一应力释放孔的圆心高度；

以第一应力释放孔向下靠近旋转轴方向的设置第二应力释放孔；

打印结构件：

将构件的模型导入激光增材制造设备，进行打印得到结构件；

热处理：对打印后的机构进行热处理，得到去除参与应力的结构件。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明的一种基于残余应力释放的大尺寸结构件激光增材制造方法，根据模型的底缘长度确定结构的应力孔直径、旋转角度、应力孔个数，然后将多个应力孔重新排布，得到需要的应力释放结构，对于长度尺寸低于500mm的产品，可以提升产品打印成功率至95％，对于尺寸超过500mm的产品，可以提升产品打印成功率至90％。

(2)本发明针对一舱多件打印的成功率具有较大提升，对于一舱两件产品的打印，长度尺寸低于500mm的产品，可以提升产品打印成功率至95％(除应力释放孔和支撑结构外，零件本体不开裂视为成功)，尺寸超过500mm的产品，可以提升产品打印成功率至90％。

附图说明

图1为构件舵翼模型的原理示意图。

图2为图1中的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。