[发明专利]一种基于激光粉末床熔融增材制造技术的火焰筒制造方法

说明书

本发明属于航空发动机制造技术领域，涉及一种基于激光粉末床熔融增材制造技术的火焰筒制造方法；所述方法首先对建立的火焰筒三维数模进行预处理：在火焰筒三维数模处理时对火焰筒数模添加支撑，支撑结构与火焰筒表面的接触位置即为冷却孔外表面所在位置；并且针对火焰筒三维数模外表面未被支撑结构覆盖的冷却孔位置添加余量，支撑和余量均为高度1～5mm圆柱体结构；然后对数模切片，利用激光粉末床熔融增材制造进行制备火焰筒；最后将支撑去除，并基于支撑和余量的位置进行冷却孔加工，完成火焰筒制造。采用独特的支撑及余量添加方案保证了火焰筒上小尺寸冷却孔的位置精度，满足复杂薄壁结构及小尺寸冷却孔的高质量、高精度、高效率制造。

技术领域

本发明属于航空发动机制造技术领域，涉及一种基于激光粉末床熔融增材制造技术的火焰筒制造方法。

背景技术

火焰筒通常采用高温合金进行制造，主要用于使雾化燃油与空气混合燃烧，通过产生的高温高压燃气推动涡轮旋转，是航空发动机燃烧室的关键构件之一。随着航空发动机性能的快速提升，火焰筒也向着整体化和复杂化的方向不断发展，采用传统工艺进行火焰筒制造难度极大。

激光粉末床熔融增材制造技术是一种近净成形技术，适合用于复杂结构零件的高质量快速制造。但是，该技术成形零件的表面粗糙度较高，必须采用磨粒流抛光、电化学抛光、喷砂或化学抛光等表面处理方法对表面质量进行改善后才能使用。火焰筒表面分布有大量直径1mm左右的小尺寸冷却孔，现有表面处理方法难以对这种小尺寸冷却孔的内表面进行有效处理，如：

磨粒流技术通过磨料反复摩擦零件表面实现粗糙度改善，但在进行内表面处理时会在孔内残留无法清理的磨料；电化学抛光技术通过在零件表面设置与待处理表面形状相同的阴极，利用电化学反应实现粗糙度改善，而冷却孔直径小、形状不规则，无法在孔内设置阴极；喷砂技术利用高速砂丸冲击零件表面实现粗糙度改善，冷却孔直径小、形状不规则，砂丸无法充分到达内表面，处理效果不佳；化学抛光利用化学抛光液对零件表面的化学腐蚀实现粗糙度改善，化学抛光液通常会对环境造成污染，并可能对操作人员的健康造成不良影响，因此该技术的使用受到了很大限制。

现有表面处理方法存在的各种问题导致激光粉末床熔融增材制造火焰筒冷却孔内表面粗糙度难以满足使用需要，成为限制激光粉末床熔融增材制造火焰筒应用的关键障碍。

采用激光粉末床熔融增材制造技术进行零件制备时，对于零件的悬空部分及薄壁部分需要设置支撑结构，防止零件发生变形开裂。支撑结构与零件一起成形，可看做是零件的一部分，可考虑在增材制造过程中赋予支撑结构更多功能，发挥更多作用。但是，现有支撑结构设计均仅着眼于保证零件在制造过程中的稳定性及零件制造完成后的成形质量，支撑结构的潜在作用尚未充分发挥。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于激光粉末床熔融增材制造技术的火焰筒制造方法，为了解决激光粉末床熔融增材制造火焰筒表面的小尺寸冷却孔表面粗糙度高这一问题，针对火焰筒表面小孔的支撑加载提出了不同的思路。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

提供一种基于激光粉末床熔融增材制造技术的火焰筒制造方法，所述方法建立火焰筒的三维模型后，首先对建立的火焰筒三维数模进行预处理：

在火焰筒三维数模处理时对火焰筒数模添加支撑，支撑结构与火焰筒表面的接触位置即为冷却孔外表面所在位置；并且针对火焰筒三维数模外表面未被支撑结构覆盖的冷却孔的位置添加余量；

然后对数模切片，利用激光粉末床熔融增材制造进行制备火焰筒；

最后将支撑去除，并基于支撑和余量所在的位置进行冷却孔加工，完成火焰筒制造。

所述支撑结构与火焰筒表面的接触位置为后续进行打孔的位置，与火焰筒表面相接触的支撑结构为圆柱体，圆柱体直径与冷却孔直径相同。

冷却孔表面添加的余量为高度1～5mm圆柱体，圆柱体直径与冷却孔直径相同。