一種高效多工位電弧增材制造鋁合金結(jié)構(gòu)件的方法與流程

本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，具體涉及一種高效多工位電弧增材制造鋁合金結(jié)構(gòu)件的方法。

背景技術(shù)：

隨著新一代武器裝備的發(fā)展，研制裝備周期顯著縮短，由10年縮短到5年左右。且與以往相比，結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，多為骨架、端框類等結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)多采用鑄造/機加與鍛造/機加等傳統(tǒng)工藝制備，需加工專用模具，工藝流程長、周期長，材料利用率低、研制生產(chǎn)成本高，難以適應(yīng)研制型號產(chǎn)品復(fù)雜多變、低成本、快速響應(yīng)的要求，對快速、高效的先進制造工藝技術(shù)提出了迫切需求，來適應(yīng)多品種、小批量和短周期的武器裝備研制需要。

隨著航空航天、軌道交通等重要領(lǐng)域?qū)饘俳Y(jié)構(gòu)件的性能、精度、生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本的要求日趨苛刻，采用增材制造技術(shù)直接成形金屬零件成為研究熱點。

增材制造技術(shù)基于離散－堆積原理，通過既定熱源對金屬材料的逐層熔化，沉積生長，直接由三維模型近凈成形高性能結(jié)構(gòu)件，是未來結(jié)構(gòu)件先進制造發(fā)展的重要方向。其中，電弧增材制造技術(shù)具有設(shè)備成本低且運行穩(wěn)定、沉積效率高、近凈成形等特點，有著高效、低成本及短周期等優(yōu)勢，十分適合航空航天等領(lǐng)域小批量、多品種產(chǎn)品的快速、低成本研制生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種高效多工位電弧增材制造鋁合金結(jié)構(gòu)件的方法，采用本方法可實現(xiàn)多個鋁合金結(jié)構(gòu)件的有序增材，既充分利用了層間停留時間，縮短了結(jié)構(gòu)件的研制與生產(chǎn)周期，又避免了同一結(jié)構(gòu)件連續(xù)堆積造成的熱累積，細化了成形件內(nèi)部組織，成形結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能優(yōu)良，內(nèi)部無裂紋、夾雜與氣孔等缺陷。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高效多工位電弧增材制造鋁合金結(jié)構(gòu)件的方法，步驟如下：

1)通過試驗得到成形鋁合金結(jié)構(gòu)件所需的成形工藝參數(shù)；

2)將經(jīng)過酸洗的基板打磨平整并用無水乙醇或丙酮擦拭干凈后固定在工作平臺上，保證其水平；

3)規(guī)劃好成形路徑后，采用鋁合金絲材作為原材料，以電弧熱為熱源將絲材熔化，在基板選取合適位置為起弧點打底三層，并通過機械臂實現(xiàn)各個工位的增材。

步驟3)的具體方法為：先在1號工位堆積第n層，再去2號工位堆積第n層，直至m個工位的第n層均完成堆積后，再去1號工位堆積第n+1層，如此往復(fù)直至完成多個工位的增材。

所述步驟1)中的工藝參數(shù)包括送絲速度為6～10m/min；焊接電流為95～140a；焊接速度為7～12mm/s；單道焊縫的寬度為6-10mm，單道焊縫的高度為1.3～1.8mm。

所述步驟3)增材過程中采用99.999％高純氬進行正面保護，氣體流量為18～20l/min。

所屬步驟3)中打底采用c+p模式，即冷金屬過渡+脈沖模式，底部三層采用較成形電流大20-60a左右的焊接電流打底，上部采用成形工藝參數(shù)按規(guī)劃路徑堆積得到實體。

步驟2)中所述基板為厚度為20mm的5a06鋁合金。

所述鋁合金絲結(jié)構(gòu)件原材料為0.8mm或1.2mm或1.6mm的5b06鋁合金焊絲。

所述機械臂選用funac六軸機械臂。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

本發(fā)明所提出的高效多工位鋁合金電弧增材制造方法，采用cmt焊機提供熱源配合funac六軸機械臂進行路徑規(guī)劃以實現(xiàn)多個鋁合金結(jié)構(gòu)件的電弧增材制造，其優(yōu)點在于：明顯縮短了研制與生產(chǎn)周期；且其成形零件致密度高，冶金結(jié)合性能好，內(nèi)部組織細小，化學(xué)成分均勻，內(nèi)部無裂紋、夾雜與氣孔等缺陷，力學(xué)性能超過鑄件并可達鍛件水平。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述電弧增材矩形結(jié)構(gòu)件剖面示意圖，其中(a)為正視圖，(b)為側(cè)視圖；

圖2為本發(fā)明所述電弧增材圓形結(jié)構(gòu)件剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明所述雙工位電弧增材示意圖。

具體實施方式

下文通過實例對本發(fā)明的具體方法進行闡述：

實例：雙工位電弧增材制造15mm厚5b06矩形及圓形鋁合金結(jié)構(gòu)件

具體實施方法為：如圖1和圖2所示，要求制造的矩形鋁合金結(jié)構(gòu)件壁厚15mm，長、寬和高分別為400mm、200mm和400mm，圓形鋁合金結(jié)構(gòu)件內(nèi)徑300mm、高390mm、壁厚10mm，考慮采用多層單道電弧增材成形。采用的原材料為ф1.2mm5b06鋁合金焊絲；先通過試驗摸索得到一組合適的成形工藝參數(shù)：焊接電流120a、送絲速度7m/min、焊接速度8mm/s；此組工藝參數(shù)下，單道焊縫寬度13mm，高度1.3mm；將經(jīng)過酸洗的基板打磨平整并用無水乙醇或丙酮擦拭干凈后固定在工作平臺上，保證其水平；在基板上選取合適位置進行打底，打底參數(shù)：焊接電流159a、送絲速度9m/min、焊接速度8mm/s；打底完成后，改用成形工藝參數(shù)進行實體部分堆積；如圖3所示，圖中實現(xiàn)箭頭代表焊接順序，虛線箭頭代表行走路徑，圓圈代表起弧點；先在1號工位以點1完成第1層堆積，再去2號工位以點1’完成第一層堆積；完成一層的堆積，焊槍抬高1.3mm；再去1號工位以點2完成第1層堆積，再去2號工位以點2’完成第2層堆積；如此往復(fù)形成鋁合金矩形結(jié)構(gòu)件和圓形結(jié)構(gòu)件的雙工位電弧增材。這樣既充分利用了層間停留時間，縮短了研制與生產(chǎn)周期，又避免了結(jié)構(gòu)件制作過程中的熱量累積，綜合性能良好，內(nèi)部無裂紋、夾雜與氣孔等缺陷。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種高效多工位電弧增材制造鋁合金結(jié)構(gòu)件的方法。該方法采用焊機提供熱源配合機械臂控制成形路徑的方式實現(xiàn)鋁合金結(jié)構(gòu)件的多工位電弧增材制造。規(guī)劃好成形路徑后，通過機器人編程實現(xiàn)多工位增材(m個工位)，即按照1號、2號…m號的順序依次完成m個工位第n層的堆積后，再去完成m個工位第n+1層的堆積，如此往復(fù)直至完成m個結(jié)構(gòu)件的增材。本發(fā)明所提出的多工位電弧增材制造方法可實現(xiàn)多個同種或異種結(jié)構(gòu)件的增材，既充分利用了層間停留時間，縮短了生產(chǎn)周期，又避免了同一結(jié)構(gòu)件連續(xù)堆積造成的熱累積，細化了成形件內(nèi)部組織，成形結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能優(yōu)良，內(nèi)部無裂紋、夾雜與氣孔等缺陷。該方法很好地實現(xiàn)了高性能鋁合金結(jié)構(gòu)件的短周期研制。

技術(shù)研發(fā)人員：何智;王志敏;胡洋;步賢政;吳復(fù)堯;張鐵軍;姚為
受保護的技術(shù)使用者：北京航星機器制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.17
技術(shù)公布日：2017.07.14