【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到增材制造以及搅拌摩擦加工领域，尤其涉及到的一种基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法。
技术介绍
1、航空航天整体壁板、承力框梁、舱段等大型结构件多通过锻造或整体机加制备，材料利用率仅为3％-10％，制造流程长，成本较高。增材制造(additive manufacturing，am)以其独特的逐层沉积形成三维实体优势，为新材料开发、新结构设计、梯度功能构筑及复杂结构高效率制造提供了新动力，广泛应用于航空航天等领域结构创新设计与制造。然而，在增材制造过程剧烈的循环加热、冷却条件下，零件内会产生分布及演化极其复杂的应力，甚至会在局部产生应力集中，当局部应力超过材料的允许应力时，成形件就会发生开裂。
2、搅拌摩擦加工技术是从搅拌摩擦焊演变而来的一种工艺加工方法，在1999年由密苏里大学mishra等人提出，成功应用于制备超细晶铝合金。基本原理是通过搅拌头的强烈搅拌作用使被加工材料发生剧烈塑性变形、混合、破碎，实现微观结构的致密化、均匀化和细化。搅拌摩擦加工可以消除铸造产品中的缩松、缩孔等缺陷，还可以细化晶粒，进而提高材料性能。特别的是，加工时可以精确控制加工区的长度，也可以根据需要通过合理改变搅拌头的形状控制加工区的深度和宽度，具有较高的灵活性。大量的研究证明搅拌摩擦加工能够显著细化增材层粗晶，改善热应力过大导致的翘曲变形，同时能够消除增材层内微裂纹、气孔等微小冶金缺陷，是提高增材制造构件力学性能的一种卓有成效的方法。
3、此外，路径规划是影响加工效率和产品质量的重要因素，路径的长度和连续性决
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，本专利技术在增材构件后处理搅拌摩擦加工过程中引入不同增材结构特征的区内搅拌路径和区间搅拌跳转策略，解决了由于增材制造过程中温度分布不均匀而导致的应力过大问题。
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，包括如下步骤：
4、步骤一：利用有限元仿真软件模拟增材制造大型构件结构特征区域的应力场分布，通过增材制造方式成形具有结构特征的大型构件；
5、步骤二：根据不同区域的应力场大小，划分特征区域；
6、步骤三：利用有限元仿真软件模拟分析特征区域内的不同搅拌摩擦加工路径规划以及特征区域间的不同搅拌摩擦加工跳转规划，对增材构件特征区域的应力场分布影响，得到最佳搅拌摩擦加工方式；
7、步骤四：基于特征区域的区内搅拌路径和区间搅拌跳转，选择去应力效果最佳的搅拌摩擦加工方式对具有结构特征的大型构件进行搅拌摩擦加工。
8、上述方案中，所述增材制造方式有激光粉末床熔融、激光定向能量沉积或者电弧增材制造。
9、上述方案中，激光定向能量沉积的工艺参数为：激光功率为1500w，光斑直径为3mm，扫描速度为600mm/min，沉积单层厚度为0.8mm。
10、上述方案中，所述大型构件的材料为钛合金、铝合金或者镁合金。
11、上述方案中，所述特征区域形状为三角形、四边形、圆形、扇形或者椭圆形。
12、上述方案中，所述搅拌摩擦加工路径规划为“回字型”路径、“跳转型”路径、“之字型”路径或者“往复型”路径。
13、上述方案中，所述搅拌摩擦加工跳转规划为“连续跳转”搅拌摩擦、“间隔跳转”搅拌摩擦或者“最大跨距跳转”搅拌摩擦。
14、上述方案中，最佳的搅拌摩擦加工方式的具体工艺参数为：搅拌头的轴肩直径为6～45mm，搅拌针长度为2～6mm，搅拌针直径为5～20mm，搅拌头转速为100～1000r/min，搅拌头行进速度为150～440mm/min，搅拌头倾角为1.5～3°，搅拌头下压力为20000～40000n。
15、上述方案中，搅拌摩擦加工过程中使用的搅拌头包括轴肩和搅拌针，其中，轴肩为圆柱状，搅拌针为圆柱状、偏心圆柱状、三角平面圆台状或者三凹圆弧槽柱状。
16、本专利技术的有益效果：
17、1.本专利技术在增材构件后处理搅拌摩擦加工过程中引入不同增材结构特征的区内搅拌路径和区间搅拌跳转策略，解决了由于增材制造过程中温度分布不均匀而导致的应力过大问题；同时，细化增材层微观组织，并消除增材层冶金缺陷，有效解决了大型结构件增材制造的控形控性难题，实现大型结构件的高性能和高精度制造。
18、2.本专利技术利用有限元仿真软件模拟增材制造大型构件结构特征区域的应力场分布，通过增材制造方式成形具有结构特征的大型构件；根据不同区域的应力场大小，划分特征区域；接着，利用有限元仿真软件模拟分析特征区域内的不同搅拌摩擦加工路径规划以及特征区域间的不同搅拌摩擦加工跳转规划，对增材构件特征区域的应力场分布影响，得到最佳搅拌摩擦加工方式；最后，基于特征区域的区内搅拌路径和区间搅拌跳转，选择去应力效果最佳的搅拌摩擦加工方式对具有结构特征的大型构件进行搅拌摩擦加工。本专利技术在增材构件后处理搅拌摩擦加工过程中引入不同增材结构特征的区内搅拌路径和区间搅拌跳转策略，解决了由于增材制造过程中温度分布不均匀而导致的应力过大问题；同时，细化增材层微观组织，并消除增材层冶金缺陷，有效解决了大型结构件增材制造的控形控性难题，实现大型结构件的高性能和高精度制造。
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1.一种基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，所述增材制造方式有激光粉末床熔融、激光定向能量沉积或者电弧增材制造。
3.根据权利要求2所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，激光定向能量沉积的工艺参数为：激光功率为1500W，光斑直径为3mm，扫描速度为600mm/min，沉积单层厚度为0.8mm。
4.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，所述大型构件的材料为钛合金、铝合金或者镁合金。
5.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，所述特征区域形状为三角形、四边形、圆形、扇形或者椭圆形。
6.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，所述搅拌摩擦加工路径规划为“回字型”路径、“跳转型”路径、“之字型”路径或者“往复型”路径。
7.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力
8.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，最佳的搅拌摩擦加工方式的具体工艺参数为：搅拌头的轴肩直径为6～45mm，搅拌针长度为2～6mm，搅拌针直径为5～20mm，搅拌头转速为100～1000r/min，搅拌头行进速度为150～440mm/min，搅拌头倾角为1.5～3°，搅拌头下压力为20000～40000N。
9.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，搅拌摩擦加工过程中使用的搅拌头包括轴肩和搅拌针，其中，轴肩为圆柱状，搅拌针为圆柱状、偏心圆柱状、三角平面圆台状或者三凹圆弧槽柱状。
...【技术特征摘要】
1.一种基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，所述增材制造方式有激光粉末床熔融、激光定向能量沉积或者电弧增材制造。
3.根据权利要求2所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，激光定向能量沉积的工艺参数为：激光功率为1500w，光斑直径为3mm，扫描速度为600mm/min，沉积单层厚度为0.8mm。
4.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，所述大型构件的材料为钛合金、铝合金或者镁合金。
5.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，所述特征区域形状为三角形、四边形、圆形、扇形或者椭圆形。
6.根据权利要求1所述的基于不同增材结构特征的区域去应力制造方法，其特征在于，所述搅拌摩擦加工路...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛伟，卢海飞，鲁金忠，罗开玉，吕继铭，张红梅，刘洋，
申请(专利权)人：温州大学激光与光电智能制造研究院，
类型：发明
国别省市：
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