一种内流道零件的电弧增材制造方法与流程

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种内流道零件的电弧增材制造方法。

背景技术：

增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3d打印等多种称谓，其内涵仍在不断深化，外延也不断扩展。目前能够被应用于增材制造的材料有聚合物材料、复合材料、陶瓷材料和金属材料等，其中以金属材料应用最为广泛。

内流道由于其特殊性，对于强度和耐高温性能有很高的要求，传统的浇筑式制造很难满足要求，铸件内会出现气孔、裂缝等多种缺陷。增材制造技术可以最大程度的满足各种内流道的设计并且对材料限制也较低。但是传统增材制造内流道的方式为：前期通过建模后倒入数控机床，按顺/逆时针方向一次性堆焊首层，这直接导致堆焊过程中零件热累积过高不得不停工等待零件冷却，然后再焊接下一层，使得工作效率变低；此外，传统的增材制造技术制备获得的内流道零件，精密度低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种内流道零件的电弧增材制造方法，解决现有方法中内流道零件制造效率低、精度低的问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种内流道零件的电弧增材制造方法，包括以下步骤：

搭建mig电弧增材制造平台，包括数控机床；

利用建模软件建立内流道下部零件模型和内流道上部零件模型；

利用切片软件对所述内流道下部零件模型和内流道上部零件模型进行模型切片和网格划分处理；

将处理后的模型导入所述数控机床，规划焊接路径和焊接顺序；

电弧增材制造内流道下部零件；

电弧增材制造内流道上部零件。

优选的，所述内流道下部零件模型的模型切片和网格划分方法包括步骤：

以所述内流道下部零件模型的圆孔为分界，划分为四个部分；

在所述内流道下部零件模型的高度方向上进行切片，每片层高度为1.4mm；

以所述内流道下部零件模型的圆心为原点画出若干圆形网格，每个网格的距离为0.7mm。

优选的，所述内流道上部零件模型的模型切片和网格划分方法包括步骤：

以所述内流道上部零件模型的长孔为分界，划分为两个部分；

在所述内流道上部零件模型的高度方向上进行切片，每片层高度为1.4mm；

以所述内流道上部零件模型的圆心为原点画出若干圆形网格，每个网格的距离为0.7mm。

优选的，电弧增材制造内流道下部零件的方法包括步骤：

按照外圆、内圆、相邻圆孔间隙、外圆与圆孔间隙以及内圆与圆孔间隙的顺序进行堆焊，获得首层电弧增材层；

以相同的焊接顺序在首层电弧增材层的表面继续堆焊9层，冷却至室温后采用铣刀将焊件表面铣削平整；

以相同的焊接顺序继续堆焊10层，冷却至室温后铣削平整，重复以上步骤直至获得内流道下部零件。

优选的，所述内流道下部零件的首层电弧增材层的制造方法具体包括步骤：

以所述数控机床的相对原点为焊接起点，逆时针焊接形成外圆后熄弧抬枪；

焊枪移至所述内流道下部零件模型的内圆起焊处，逆时针焊接形成内圆后熄弧抬枪；

选择内流道下部零件模型中的一个圆孔为初始圆孔，将焊枪移至初始圆孔处，在初始圆孔与其逆时针方向的相邻圆孔间往复焊接，直至两圆孔间隙完全堆焊完成，然后将焊枪移至初始圆孔的对称圆孔处，以相同焊接方式完成该圆孔与其逆时针方向上的相邻圆孔间的堆焊，继续将焊枪移回初始圆孔处，以相同焊接方式完成该圆孔与其顺时针方向上的相邻圆孔间的堆焊，最后将焊枪移至对称圆孔处，完成对称圆孔与其顺时针方向上的相邻圆孔间的堆焊；

焊枪移动到圆孔与外圆空白区域进行堆焊，完成后熄弧抬枪；

焊枪移动至圆孔与内圆空白区域进行堆焊，完成后熄弧抬枪，获得首层电弧增材层。

优选的，所述内流道下部零件的高度为60mm，外圆直径为160mm，内圆直径为90mm，四个圆孔直径为10mm，圆孔距内圆圆心的距离为62.5mm。

优选的，电弧增材制造内流道上部零件的方法包括步骤：

按照外圆、内圆、相邻长孔间隙、外圆与长孔间隙以及内圆与长孔间隙的顺序进行堆焊，获得首层电弧增材层；

以相同的焊接顺序在首层电弧增材层的表面继续堆焊9层，冷却至室温后采用铣刀将焊件表面铣削平整；

以相同的焊接顺序继续堆焊10层，冷却至室温后铣削平整，重复上述步骤直至获得内流道上部零件。

优选的，所述内流道上部零件的高度为20mm，外圆为直径160mm，内圆直径为90mm，两个长孔的宽度为10mm，长孔的内长为28.75πmm，长孔的外长为33.75πmm。

优选的，所述mig电弧增材制造平台还包括mig焊机和自动送丝机，所述数控机床为三轴数控机床，所述mig焊机和自动送丝机固定安装于所述三轴数控机床上。

优选的，所述自动送丝机的送丝速度为150mm/min；所述mig焊机的焊接电流为60a，焊接速度为800mm/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用切片软件对内流道下部零件模型和内流道上部零件模型进行模型切片和网格划分处理，焊接时按照预设焊接路径和顺序进行选区堆焊，焊接精度高；避免了零件堆焊过程中热累积过大导致停工散热的现象，大大提高了生产效率，解决了传统工艺制造浇筑内流道带来的缺陷。

附图说明

图1是内流道下部零件的结构示意图；

图2是内流道上部零件的结构示意图；

图3是本发明的制造流程示意图；

图中标记为：1、外圆；2、内圆；3、圆孔；4、长孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

以图1-2中内流道零件为例。图1中内流道下部零件的高度为60mm，外圆1的直径为160mm，内圆2的直径为90mm，四个圆孔3的直径为10mm，圆孔3距内圆2圆心的距离为62.5mm。图2中内流道上部零件的高度为20mm，外圆为直径160mm，内圆直径为90mm，两个长孔4的宽度为10mm，长孔4的内长为28.75πmm，长孔4的外长为33.75πmm。

如图3所示，上述内流道零件的电弧增材制造方法，包括以下步骤：

第一步、搭建mig电弧增材制造平台，mig电弧增材制造平台包括数控机床、mig焊机和自动送丝机，数控机床为三轴数控机床，mig焊机和自动送丝机固定安装于三轴数控机床上，下述制造步骤中，自动送丝机的送丝速度为150mm/min；mig焊机的焊接电流为60a，焊接速度为800mm/min。

第二步、利用建模软件建立内流道下部零件模型和内流道上部零件模型。

第三步、利用切片软件对内流道下部零件模型和内流道上部零件模型进行模型切片和网格划分处理；具体的，内流道下部零件模型以圆孔为分界，划分为四个部分，在流道下部零件模型的高度方向上进行切片，由于零件后期需要进行一定铣削，所以在模型切片时会适当增加零件厚度，每片层高度为1.4mm，以内流道下部零件模型的圆心为原点画出若干圆形网格，每个网格的距离为0.7mm；内流道上部零件模型以长孔为分界，划分为两个部分，在内流道上部零件模型的高度方向上进行切片，每片层高度为1.4mm，以内流道上部零件模型的圆心为原点画出若干圆形网格，每个网格的距离为0.7mm。

第四步、将处理后的模型导入数控机床，规划焊接路径和焊接顺序。

第五步、电弧增材制造内流道下部零件，具体制造方法为：

（1）以数控机床的相对原点为焊接起点，逆时针焊接形成外圆后熄弧抬枪；焊枪沿相对原点向内水平移至内圆起焊处，逆时针焊接形成内圆后熄弧抬枪；选择内流道下部零件模型中的一个圆孔为初始圆孔，将焊枪水平移至初始圆孔处，沿逆时针方向焊接直至到达相邻圆孔处，抬枪，顺时针继续焊接回至初始圆孔处，抬枪，如此反复，直至两圆孔间隙完全堆焊完成，然后将焊枪移至初始圆孔的对称圆孔处，以相同焊接方式完成该圆孔与其逆时针方向上的相邻圆孔间的堆焊，继续将焊枪移回初始圆孔处，以相同焊接方式完成该圆孔与其顺时针方向上的相邻圆孔间的堆焊，最后将焊枪移至对称圆孔处，完成对称圆孔与其顺时针方向上的相邻圆孔间的堆焊；随后，焊枪移动到圆孔与外圆空白区域进行堆焊，完成后熄弧抬枪；最后，焊枪移动至圆孔与内圆空白区域进行堆焊，完成后熄弧抬枪，获得首层电弧增材层；

（2）以步骤（1）中相同的焊接顺序在首层电弧增材层的表面继续堆焊9层，此时零件的热累积较高，进行散热后可保证精度，因此冷却至室温，然后采用铣刀将焊件表面铣削平整，能够提高零件精密度；

（3）以相同的焊接顺序继续堆焊10层，冷却至室温后铣削平整，重复前述步骤直至获得内流道下部零件。

第六步、电弧增材制造内流道上部零件，具体制造方法为：

（1）先堆焊外圆，再堆焊内圆；焊枪移至其中一个长孔的边缘处，在两个长孔直接往复焊接，完成相连长孔间隙的堆焊，熄弧抬枪，焊枪移至对称的长孔边缘处，以相同的方式完成相邻长孔间隙的堆焊，熄弧抬枪，获得首层电弧增材层；

（2）以步骤（1）中相同的焊接顺序在首层电弧增材层的表面继续堆焊9层，冷却至室温后采用铣刀将焊件表面铣削平整；

（3）以相同的焊接顺序继续堆焊10层，冷却至室温后铣削平整，重复前述步骤直至获得内流道上部零件。

本实施例提供的内流道零件的电弧增材制造方法，内流道零件分为上下两部分，可保证零件及时散热；利用切片软件对内流道下部零件模型和内流道上部零件模型进行模型切片和网格划分处理，焊接时按照预设焊接路径和顺序进行选区堆焊，焊接精度高，解决了传统工艺制造浇筑内流道带来的缺陷；同时避免了零件堆焊过程中热累积过大导致停工散热的现象，缩短了生产周期，大大提高了生产效率。

此外，焊接过程中，采用外圆、内圆、相邻圆孔/长孔间隙、外圆与圆孔/长孔间隙以及内圆与圆孔/长孔间隙的顺序进行空间间隔堆焊，保证各处及时散热，不会因相同位置连续堆焊而难以散热；当堆焊至圆孔或长孔时，不选择先将孔洞焊好，而是碰到孔洞时抬枪，堆焊相邻孔之间的间隙，这样既可以节省时间，同时也避免了孔洞在二次堆焊过程中热积累过高而塌陷；堆焊圆孔/长孔间隙时，采用对称堆焊的方法，便于前步骤完成的孔间隙堆焊的散热；综上，因此不需在完成一层堆焊后，进行集中散热，可连续堆焊十层进行一次散热，再继续堆焊、散热，直至完成零件的增材制造，大大缩短了生产周期，若采用传统的增材制造技术制造该零件需要5-6天，而使用本实施例提供的方式则可以将时间缩短至3天，因此提高了生产效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。