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技术

本发明专利技术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。高效率制造。高效率制造。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术属于航空发动机制造
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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：
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是：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。
[0008]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0009]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：
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]所述方法步骤如下：
[0016]1)使用三维制图软件进行火焰筒CAD模型建立；
[0017]2)利用三维数模处理软件进行火焰筒数模的支撑添加，支撑结构与火焰筒表面的接触位置为冷却孔外表面所在位置；
[0018]3)对外表面未被支撑结构覆盖的冷却孔，通过三维数模处理软件在冷却孔外表面添加余量；
[0019]4)对完成支撑与余量添加的火焰筒数模进行切片填充处理；
[0020]5)通过激光粉末床熔融增材制造设备进行火焰筒的制备；
[0021]6)清理干净成形后火焰筒的表面及支撑内粉末；
[0022]7)对成形后火焰筒进行去应力退火；
[0023]8)将支撑与基板分离，将零件与支撑分离；
[0024]9)对火焰筒进行热等静压和热处理；
[0025]10)在火焰筒表面进行冷却孔加工；
[0026]11)对火焰筒进行表面喷砂处理，完成火焰筒制造。
[0027]优选地，在步骤8)中，采用线切割技术将支撑结构与火焰筒表面进行分离。
[0028]优选地，在步骤8)中，将零件与支撑分离时，在火焰筒表面保留高度1～5mm的支撑结构。
[0029]优选地，在步骤10)中，冷却孔加工采用电火花加工技术或激光打孔技术。
[0030]在步骤10)中，加工位置为火焰筒表面保留的支撑结构或提前设置的余量，冷却孔加工过程将剩余支撑结构及提前设置的余量全部去除。
[0031]优选地，步骤3)中冷却孔表面添加的余量高度为2～3mm。
[0032]本专利技术的有益效果是：
[0033]火焰筒表面分布有大量小尺寸冷却孔，现有表面处理方法难以对冷却孔内表面进行处理，限制了增材制造火焰筒的应用。针对这一问题，本专利技术通过独特的支撑及余量添加方案，将支撑结构设置在火焰筒冷却孔外表面所在位置，并在火焰筒外表面未被支撑结构覆盖的冷却孔的位置添加余量，再根据支撑和余量所在位置利用电火花加工技术或激光打孔技术进行冷却孔加工。与现有技术相比，本专利技术设置的支撑结构不仅起到了防止零件开裂变形的作用，还为后续冷却孔加工起到了定位作用。此外，支撑和余量通过三维数模处理软件添加，保证了冷却孔具有良好的位置精度。采用本专利技术提出的方法，可实现薄壁复杂结
构火焰筒及小尺寸冷却孔的高质量、高精度、高效率制造，有力存进了增材制造火焰筒的工程应用。
[0034]本专利技术同时结合了激光粉末床熔融增材制造技术、电火花加工技术与激光打孔技术的优势，利用激光粉末床熔融增材制造技术进行火焰筒的主体结构成形，通过电火花加工技术或激光打孔技术进行高表面质量的小尺寸冷却孔制造，本专利技术方法中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，可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。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施的技术方案，下面将对本专利技术的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为本专利技术方法实施例中的支撑及余量添加方案示意图；
[0037]图2为图1中区域A的局部放大图；
[0038]图3为图1中区域B的局部放大图；
[0039]图4为本专利技术方法实施例中去除支撑后火焰筒表面保留的支撑结构及余量示意图；
[0040]图5为本专利技术方法实施例中完成冷却孔加工后的火焰筒局部剖视图；
[0041]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：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。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：1)使用三维制图软件进行火焰筒CAD模型建立；2)利用三维数模处理软件进行火焰筒数模的支撑添加，支撑结构与火焰筒表面的接触位置为冷却孔外表面所在位置；3)对外表面未被支撑结构覆盖的冷却孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，吴宇，张学军，熊华平，孙兵兵，高超，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：