一种基于送粉式增材制造法的弹体一体化制造方法与流程

本发明涉及智能制造领域，具体涉及一种基于送粉式增材制造法的弹体一体化制造方法。

背景技术：

为提高弹体质量、发射效率、弹头装填比等性能，未来的弹体设计多将采用非旋转对称截面结构，如椭圆、不规则截面等。这些弹体除了整体截面为非对称形状外，为达到更大的装药量，内腔截面也随外形变化。鉴于新型弹体的以上特征，采用传统机械加工方式很难实现非旋转对称截面零件的制造，尤其对内腔的加工更难实现，且很难实现弹体一体化制造，且研制周期极长；若采用锻造方式制造，针对每一种弹体都需要花费高成本制造专用模具，且对于不规则、深内腔也很难实现一体化制造；若采用铸造方式制造，能够实现弹体的制造，但铸件性能较锻件差距较大，又很难实现弹体的预期侵彻能力与毁伤效果。

技术实现要素：

为解决弹体的高性能一体化制造问题，本发明提供一种基于送粉式增材制造法的弹体一体化制造方法。

本发明的具体技术方案有：

一种基于送粉式增材制造法的弹体一体化制造方法，包括以下步骤：

s1：准备平整基材板；

s2：弹体三维模型准备；

s3：将步骤s2准备的弹体三维模型按照截面特征的不同分为：带装药孔的底座部分、等截面弹身部分、变截面弹头部分、弹头尖部部分；

s4：将目标模型导成step格式后，按照步骤s3所划分弹体模型各部分特征，设定带装药孔的底座部分、等截面弹身部分、变截面弹头部分、弹头尖部部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数，并根据所选择的参数对模型进行分层切片；

s5：将目标模型导成step格式后，根据步骤s3所划分弹体模型各部分特征，设定带装药孔的底座部分、等截面弹身部分、变截面弹头部分、弹头尖部部分的单层扫描策略；

s6：根据步骤s4和步骤s5的结果生成工艺路径文件，并转换成机器人语言；

s7：利用以机器人作为运动机构的送粉式增材设备，在惰性气体保护环境下，机器人根据步骤s6得到的工艺路径文件使激光束与同轴粉束在基材上进行相对运动，逐层堆积制造，生成带内腔的弹体整体；

s8：对将步骤s7生成的弹体整体进行后处理。

本发明的设计原理为：

由于弹体的构造非常特殊，其截面尺寸变化多样，因此采用激光增材制造对控制工艺的变化非常严苛，若控制不好、容易出现坍塌、凸起等现象，造成成品质量下降。为了克服该问题，本发明提出了一种依据弹体模型各部分特征进行区域划分的方法，对不同区域施行不同的单层扫描策略和成形工艺参数。这样就可以将复杂的制造工艺按照区域简单化处理，只要保证好每个区域的制造质量即可控制整体的质量。

也就是说，本发明针对弹体提出了分区设置不同工艺的设计思想，其中经过研究，将弹体划分为：带装药孔的底座部分、等截面弹身部分、变截面弹头部分、弹头尖部部分这4个部分分别采用对应的不同单层扫描策略和成形工艺参数，将有利于设置变化不大的单层扫描策略和成形工艺参数。从而使得整个弹体成品质量高。

具体的，为了实现不同区域的成品质量的提升，我们进行了以下改进：

对带装药孔的底座部分的改进：

s2步骤中，弹体三维模型准备为：将原弹体三维模型中的底部台阶状装药孔改为小直径通孔从而得到装药孔为小直径通孔的弹体三维模型；

s7步骤中，所得的弹体整体为装药孔为小直径通孔的弹体整体；

s8步骤中，包括利用钻孔法将弹体整体的小直径通孔加工为台阶通孔的步骤。

该改进使得，原本台阶状装药孔的薄壁改为厚壁，即将台阶状装药孔的大孔改为与小孔等直径的等径通孔，使得底座部分的壁的厚度一致并增加，该改进使得其加工后的底座部分的致密性增加，无需设计支撑，且不容易在制造时造成坍塌。同时该设计使得在设置单层扫描策略和成形工艺参数时，不需要设置2种不同单层扫描策略和成形工艺参数，便于设备控制，节省工艺时间，而之后只需采用钻孔法将小直径通孔加工为台阶通孔即可。

为了使得成品质量的提升，后处理具有以下步骤：

s8步骤中，包括内腔清理步骤、热处理步骤、表面处理步骤，台阶通孔加工步骤，

内腔清理步骤为：清除弹体整体内腔中残留的金属粉末；

热处理步骤为：将弹体整体放入热处理炉内进行热处理；

表面处理步骤为：先对弹体整体进行测量得到实际模型尺寸，再通过对比实际模型尺寸与弹体三维模型尺寸、得到弹体的精度误差、并以此确定加工余量，再依据加工余量对弹体整体外表面进行磨削、然后采用喷砂以及振动光饰工艺去除弹体整体表面的熔凝层；

台阶通孔加工步骤：利用钻孔法将弹体整体的小直径通孔加工为台阶通孔的步骤。

优选的，腔清理步骤、热处理步骤、表面处理步骤，台阶通孔加工步骤的执行顺序依次为：

内腔清理步骤、热处理步骤、表面处理步骤，台阶通孔加工步骤。

优选的，热处理步骤的具体操作为：前期处理完成的弹体整体放入真空热处理炉中，将炉腔内部抽真空至20kpa以下，再充入惰性气体至大气压，重复两次；再将弹体随炉加热到850℃，取出后放入油中冷却至室温；将弹体洗净放入热处理炉中，随炉加热到250℃，然后将其取出在空气中冷却至室温。

为了实现不同区域的单层扫描策略的对应化设计：

步骤s5的单层扫描策略为：

带装药孔的底座部分的单层扫描策略为：先进行内部填充扫描、后进行轮廓扫描，

内部填充扫描：采用直线填充路径、且前一层的直线路径与后一层的直线路径呈夹角为15°-90°的偏转进行扫描；轮廓扫描：采用与内部填充扫描不同的扫描速度、每一层的轮廓扫描采用偏置起始位置进行扫描；

由于带装药孔的底座部分采用了上述改进，将台阶通孔改为等径的小直径通孔，因此，其带装药孔的底座部分实际上可以视为一个圆管，因此，其采用直线填充路径进行扫描，为了削弱各向异性，提高致密度和防止热堆积造成单层扫描时形成突出部，因此，其采用15°-90°的偏转进行扫描，而经过研究，若偏转小于15°(说明：大于90°相当于向另一个方向偏转0-90°的一定角度，效果与0-90°一样)，较小的偏转角度使其与在0°时的状态相似，非常容易造成热堆积从而形成突出部，这不容易造成后一层的处理，最终导致成品在纵向方向形变。

等截面弹身部分的单层扫描策略为：先进行内部填充扫描、后进行轮廓扫描，

内部填充扫描：采用螺旋偏置进给填充路径进行扫描；轮廓扫描：采用与内部填充扫描相同的扫描速度、每一层的轮廓扫描采用偏置起始位置进行扫描；所述螺旋偏置进给填充路径为：具有逆时针填充路径和顺时针填充路径、且逆时针填充路径和顺时针填充路径交替执行、至少2个偏置区的填充路径；

由于弹身部分的壁厚是整个炮弹最薄的部分，其厚度仅有3-10mm，其厚度是毫米级别的尺寸。因此，若采用直线或其它方式内部填充扫描，在每次配置扫描时，非常容易造成热积累，且传统的扫描方式会使得偏置线在一个路径或1个比较集中的区域，因此，为了克服该问题，本发明设置了一种特殊的螺旋偏置进给填充路径，比较特殊的时，该路径采用逆时针填充路径和顺时针填充路径交替执行，且其具有2个偏置区，2个偏置区又与逆时针填充路径和顺时针填充路径互为依靠，使得热积累分散到2个偏置区并内外分散，这样有利于消除热积累，从而使得突出现象消失，每层的制造都是在一个标准平面内完成的，不会出现非常明显的突出现象。

变截面弹头部分的单层扫描策略为：先进行内部填充扫描、后进行轮廓扫描，

内部填充扫描：采用螺旋填充路径进行扫描；轮廓扫描：采用与内部填充扫描相同的扫描速度、每一层的轮廓扫描采用偏置起始位置进行扫描；所述螺旋填充路径为：具有逆时针填充路径或顺时针填充路径、1个偏置区的填充路径；

由于弹头部分部分的截面是慢慢增加的，因此，该部分不容易出现热积累和突出现象，因此，为了加快制造效率，其采用连续环进给的螺旋填充路径，只有回到每圈的起始位置时才进行偏置到下一圈。

上述偏置区是指一扫描圈扫描切换到或偏置到另外一扫描圈时的点连接的区域。上述扫描是指增材制造加工运动路径。

弹头尖部部分的单层扫描策略为：先进行内部填充扫描、后进行轮廓扫描，

内部填充扫描：采用直线填充路径、且前一层的直线路径与后一层的直线路径呈夹角为15°-90°的偏转进行扫描；轮廓扫描：采用与内部填充扫描相同的扫描速度、每一层的轮廓扫描采用偏置起始位置进行扫描。

优选的，所述螺旋偏置进给填充路径具有：a偏置区、b偏置区、顺时针填充路径形成多个内层填充圈、逆时针填充路径形成多个外层填充圈；其螺旋偏置进给填充路径有：

路径1：在当前外层填充圈、从a偏置区开始进行逆时针进给填充，当逆时针进给填充到b偏置区时偏置到当前内层填充圈进行顺时针进给填充；

路径2：再顺时针进给填充完成一圈后回到b偏置区时、从b偏置区偏置到当前外层填充圈进行逆时针进给填充；

路径3：再逆时针进给填充完成一圈后回到a偏置区时、从a偏置区偏置到下一外层填充圈；

循环所述路径1、路径2、路径3。

优选的，为了防止塌陷，使得制造均匀，一般第一个外层填充圈和第一个内层填充圈为相邻的2个填充圈，二者位于整个打印区域的中部。即从中心向内外两侧交替打印处理。该操作可以避免某处的热积累很高，再配合其有2个偏置区，因此，综合可以使得其当前打印层的表面不会形成突出，从而控制打印表面处于平整状态。

优选的，步骤s4中送粉式激光增材制造成形工艺参数为：激光功率为400-4000w，扫描速率包括内部填充扫描速率、轮廓扫描速率，内部填充扫描速率、轮廓扫描速率为3-25mm/s，送粉速率为4-35g/min，载粉惰性气体流量为5-16l/min，激光光斑直径为1-8mm，搭接率为40％-60％，z轴抬升量为0.15-2mm。

优选的，为了实现不同区域的成形工艺参数的对应化设计：

带装药孔的底座部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数包括：激光功率为400-4000w，内部填充扫描速率为3-25mm/s，轮廓扫描速率为3-25mm/s，内部填充扫描速率＞轮廓扫描速率，送粉速率为4-35g/min，载粉惰性气体流量为5-16l/min，激光光斑直径为1-8mm，搭接率为40％-60％，z轴抬升量为0.15-2mm；

等截面弹身部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数包括：激光功率为400-4000w，内部填充扫描速率为3-25mm/s，轮廓扫描速率为3-25mm/s，送粉速率为4-35g/min，载粉惰性气体流量为5-16l/min，激光光斑直径为1-8mm，搭接率为40％-60％，z轴抬升量为0.15-2mm；

变截面弹头部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数包括：激光功率为400-4000w，内部填充扫描速率为3-25mm/s，轮廓扫描速率为3-25mm/s，送粉速率为4-35g/min，载粉惰性气体流量为5-16l/min，激光光斑直径为1-8mm，搭接率为40％-60％，z轴抬升量为0.15-2mm；变截面弹头部分的搭接率大于等截面弹身部分的搭接率，变截面弹头部分的z轴抬升量小于等截面弹身部分的z轴抬升量；

弹头尖部部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数包括：激光功率为400-4000w，最后10-20扫描层开始逐层减少激光功率、至一定激光功率后保持不变，内部填充扫描速率为3-25mm/s，送粉速率为4-35g/min，载粉惰性气体流量为5-16l/min，激光光斑直径为1-8mm，搭接率为40％-60％，z轴抬升量为0.15-2mm。

具体的，可以是：

带装药孔的底座部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数为：激光功率为800w，内部填充扫描速率为10mm/s，轮廓扫描速率为8mm/s，送粉速率为9g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为50％，z轴抬升量为0.3mm；

等截面弹身部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数为：激光功率为800w，扫描速率均为10mm/s，送粉速率为9g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为50％，z轴抬升量为0.3mm；

变截面弹头部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数为：激光功率为800w，扫描速率均为10mm/s，送粉速率为7.5g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为55％，z轴抬升量为0.25mm；

弹头尖部部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数为：激光功率为800w，最后10-20扫描层开始逐层减少100w，至400w后保持不变，扫描速率均为10mm/s，送粉速率为9g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为50％，z轴抬升量为0.3mm。

在上述操作中，比较特殊的有：变截面弹头部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数中，需要提高该部分的搭接率、减小z轴抬升量。弹头尖部部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数中，从最后10-20扫描层开始功率每层递减，至一定功率数值后保持不变。

由于变截面弹头部分中存在实心部分，因此，需要将其搭接率提升、并降低z轴抬升量，使得其实心部分致密性提升。由于弹头尖部部分存在一个尖端，为了防止热塌陷，因此，在最后的扫描层执行时，需要对功率进行变小控制，在逐层变小时，功率随层数的变化而变小，使得其热积累降低，从而防止坍塌，同时，在上述参数设计中，将其最终功率控制在400w的目的是：经过多次研究，若功率控制的最终值过高，则会引起热坍塌，若功率控制的最终值过低，则会在材料内部有几率形成小孔，因此，控制在400w，既不会出现热坍塌，也能将形成小孔的几率降到最低。在上述参数值时，出现小孔的几率仅有0.1％。几乎不影响成品质量，而且小孔的尺寸和数量也非常低。

由于每一道熔覆层均为类抛物线，轮廓扫描过程中容易出现塌陷，优选的，s7步骤中的逐层堆积制造时、还包括过熔池图像与温度监测，利用反馈控制系统修正轮廓打印参数的修正步骤，

修正步骤：

x1：获得初始工艺参数；

x2：利用同轴ccd相机和温度传感器实时监测打印过程熔池宽度和温度信息；

x3：当熔池宽度较初始工艺参数的目标值变小超过10％时，降低扫描速度(较为具体的可以是：降低扫描速度至5mm/s)，直至熔池宽度恢复；当熔池宽度较初始工艺参数的目标值变大超过10％时，增加扫描速度(较为具体的可以是：增加扫描速度至12mm/s)，直至熔池宽度恢复。

通过上述参数的控制，可以良好的控制塌陷现象的出现，以及在塌陷出现后能得到有效的、快速的纠正，避免塌陷扩大或无法修复。

综合上述方案改进要点，我们可以得到一种具体化的制造工艺，该具体化的制造工艺仅是综合上述改进后的综合方案，按该综合方案进行制造的成品，其具有高质量、高效率、高柔性的特点。

具体化的制造工艺包括：

s1)：准备平整基材板，将基材表面打磨、清洗干净后定位及固定在工作台上；

s2)：弹体模型准备，将底部台阶状装药孔改为小直径通孔；

s3)：将步骤s2)修改后的弹体三维模型按照截面特征的不同分为几部分：带装药孔的底座部分、等截面弹身部分、变截面弹头部分、弹头尖部；

s4)：将目标模型导成step格式后，按照步骤s3)所划分弹体模型各部分特征，设定每一部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数，并根据所选择的参数对模型进行分层切片；

s5)：根据步骤s3)所划分弹体模型各部分特征，设定每一部分的单层扫描策略(增材制造加工运动路径)；

s6)：根据步骤s4)和步骤s5)所述结果生成工艺路径文件，并转换成机器人语言；

s7)：利用以机器人作为运动机构的送粉式增材设备，在惰性气体保护环境下，机器人根据步骤s6)得到的工艺路径文件使激光束与同轴粉束在基材上进行相对运动，逐层堆积制造，生成带内腔的异形弹体整体；

s8)：将步骤s7)生成的弹体整体利用线切割的方式从基材上取下，并通过弹体底部的装药孔清除内腔中残留的金属粉末；

s9)：对步骤s8)切下处理后的弹体整体放入热处理炉内进行热处理；

s10)：将步骤s9)得到的弹体整体装夹到三坐标测量机中，通过采用机械测量方式测量弹体外形尺寸。通过工业ct扫描方式测量弹体内腔尺寸；

s11)：通过对比步骤s10)得到的实际模型尺寸与步骤s2)中的弹体模型尺寸，得到弹体的精度误差，并以此确定加工余量；

s12)：根据步骤s11)确定的加工余量，对弹体整体外表面进行磨削，然后采用喷砂以及振动光饰工艺，以此去除弹体整体表面的熔凝层；

s13)：根据步骤s2)中的目标三维模型，利用钻孔工具加工底部装药孔台阶，得到最终弹体整体；

s14：根据弹体整体样品的最终精度误差和装药量判断弹体是否合格。

步骤s2)的具体操作为：以台阶状装药孔靠近内腔处小直径孔尺寸为标准，将底部大直径孔改为相同的小直径尺寸，消除模型悬空特征。

步骤s4)中需设定的送粉式激光增材制造工艺参数为：激光功率为400-1500w，扫描速率为5-12mm/s，送粉速率为6-16g/min，载粉惰性气体流量为5-8l/min，激光光斑直径为2-4mm，搭接率为50％-55％，z轴抬升量为0.25-0.6mm。

步骤s5)中设计的扫描策略为：

底部带装药孔底座部分内部采用直线填充路径，每一层偏转15-90°，轮廓扫描速度与填充速度不同，每一层起始位置偏置一定位置，所用工艺参数于步骤s4)中设定；等截面弹身部分内部采用螺旋偏置进给填充路径，填充完成后以相同速度扫描内外轮廓，每一层偏置一定位置，所用工艺参数于步骤s4)中设定；变截面弹头部分内部采用螺旋填充路径，填充完成后以相同速度扫描内外轮廓，每一层偏置一定位置，所用工艺参数于步骤s4)中设定，其工艺参数相对其它部分所不同的是，需要提高该部分搭接率，减小z轴抬升量，据此相应更改其它工艺参数；弹头尖部采用直线填充路径，每一层偏转15-90°，填充完成后以相同速度扫描外轮廓，每一层偏置一定位置，所用工艺参数在步骤s4)中确定，特殊的，从最后15层开始功率每层递减，至一定功率数值后保持不变。

步骤s6)所述工艺路径文件包括激光加工工艺参数、分层方向、分层厚度及激光束扫描路径轨迹。

步骤s9)的具体操作为：将步骤s8)得到的前期处理完成的弹体整体放入真空热处理炉中，将炉腔内部抽真空至20kpa以下，再充入惰性气体至大气压，重复两次；将弹体随炉加热到850℃，取出后放入油中冷却至室温；将弹体洗净放入热处理炉中，随炉加热到250℃，然后将其取出在空气中冷却至室温。

步骤s12)的具体操作为：

1)根据步骤s11)确定的由实际模型与目标模型对比得到的弹体外形加工余量；

2)根据所述加工余量对弹体整体外表面进行磨削加工处理。再通过三坐标测量机测量经磨削加工得到的弹体尺寸；

3)与目标模型对比确定精整加工余量，通过喷砂以及振动光饰工艺得到最终弹体外形质量。

步骤s13)的具体操作为：先用小直径扩孔工具将装药孔整个扩至图纸规定孔径，再利用大直径扩孔工具将小孔扩至规定深度，得到最终阶梯状装药孔。

本发明使用送粉式增材制造技术，具有高柔性，高性能，研制周期短，制造零件复杂性较高等特点，同时采用特定工艺规划策略，能够实现弹体的快速整体制造。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明的实施例椭圆截面弹体示意图；

图2是本发明中弹体模型修改图；

图3是本发明的直线填充扫描策略示意图；

图4是本发明的螺旋偏置填充扫描策略示意图；

图5是本发明的螺旋填充扫描策略示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，一种基于送粉式增材制造法的弹体一体化制造方法，包括以下步骤：

s1：准备平整基材板；

s2：弹体三维模型准备；

s3：将步骤s2准备的弹体三维模型按照截面特征的不同分为：带装药孔的底座部分、等截面弹身部分、变截面弹头部分、弹头尖部部分；

s4：将目标模型导成step格式后，按照步骤s3所划分弹体模型各部分特征，设定带装药孔的底座部分、等截面弹身部分、变截面弹头部分、弹头尖部部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数，并根据所选择的参数对模型进行分层切片；

s5：将目标模型导成step格式后，根据步骤s3所划分弹体模型各部分特征，设定带装药孔的底座部分、等截面弹身部分、变截面弹头部分、弹头尖部部分的单层扫描策略；

s6：根据步骤s4和步骤s5的结果生成工艺路径文件，并转换成机器人语言；

s7：利用以机器人作为运动机构的送粉式增材设备，在惰性气体保护环境下，机器人根据步骤s6得到的工艺路径文件使激光束与同轴粉束在基材上进行相对运动，逐层堆积制造，生成带内腔的弹体整体；

s8：对将步骤s7生成的弹体整体进行后处理。

本发明的设计原理为：

由于弹体的构造非常特殊，其截面尺寸变化多样，因此采用激光增材制造对控制工艺的变化非常严苛，若控制不好、容易出现坍塌、凸起等现象。造成成品质量下降。为了克服该问题。本发明提出了一种依据弹体模型各部分特征进行区域划分的方法，对不同区域施行不同的单层扫描策略和成形工艺参数。这样就可以将复杂的制造工艺按照区域简单化处理，只要保证好每个区域的制造质量即可控制整体的质量。

也就是说，本发明针对弹体提出了分区设置不同工艺的设计思想，其中经过研究，将弹体划分为：带装药孔的底座部分、等截面弹身部分、变截面弹头部分、弹头尖部部分这4个部分分别采用对应的不同单层扫描策略和成形工艺参数，将有利于设置变化不大的单层扫描策略和成形工艺参数。从而使得整个弹体成品质量高。

实施例2

在上述实施例的基础上，具体的，为了实现不同区域的成品质量的提升，我们进行了以下改进：

如图2所示，对带装药孔的底座部分的改进：

s2步骤中，弹体三维模型准备为：将原弹体三维模型中的底部台阶状装药孔改为小直径通孔从而得到装药孔为小直径通孔的弹体三维模型；在图2中，原本弹体三维模型中的装药孔为左侧的(前)示意，其为一个台阶状的装药孔，其具有一个最底部的为大直径的孔和一个相邻的小直径孔，在图2中将其台阶状的装药孔改为小直径通孔，如图2中右侧的(后)示意，该装药孔为一个与(前)示意中的小直径孔等直径的小直径孔。

s7步骤中，所得的弹体整体为装药孔为小直径通孔的弹体整体；

s8步骤中，包括利用钻孔法将弹体整体的小直径通孔加工为台阶通孔的步骤。

如图2所示，该改进使得，原本台阶状装药孔的薄壁改为厚壁，即将台阶状装药孔的大孔改为与小孔等直径的等径通孔，使得底座部分的壁的厚度一致并增加，该改进使得其加工后的底座部分的致密性增加，无需设计支撑，且不容易在制造时造成坍塌。同时该设计使得在设置单层扫描策略和成形工艺参数时，不需要设置2种不同单层扫描策略和成形工艺参数，便于设备控制，节省工艺时间，而之后只需采用钻孔法将小直径通孔加工为台阶通孔即可。

实施例3

在上述实施例的基础上，具体的，为了实现不同区域的成品质量的提升，我们进行了以下改进：

为了使得成品质量的提升，后处理具有以下步骤：

s8步骤中，包括内腔清理步骤、热处理步骤、表面处理步骤，台阶通孔加工步骤，

内腔清理步骤为：清除弹体整体内腔中残留的金属粉末；

热处理步骤为：将弹体整体放入热处理炉内进行热处理；

表面处理步骤为：先对弹体整体进行测量得到实际模型尺寸，再通过对比实际模型尺寸与弹体三维模型尺寸、得到弹体的精度误差、并以此确定加工余量，再依据加工余量对弹体整体外表面进行磨削、然后采用喷砂以及振动光饰工艺去除弹体整体表面的熔凝层；

台阶通孔加工步骤：利用钻孔法将弹体整体的小直径通孔加工为台阶通孔的步骤。

优选的，腔清理步骤、热处理步骤、表面处理步骤，台阶通孔加工步骤的执行顺序依次为：

内腔清理步骤、热处理步骤、表面处理步骤，台阶通孔加工步骤。

优选的，热处理步骤的具体操作为：前期处理完成的弹体整体放入真空热处理炉中，将炉腔内部抽真空至20kpa以下，再充入惰性气体至大气压，重复两次；再将弹体随炉加热到850℃，取出后放入油中冷却至室温；将弹体洗净放入热处理炉中，随炉加热到250℃，然后将其取出在空气中冷却至室温。

实施例4

在上述实施例的基础上，具体的，为了实现不同区域的成品质量的提升，我们进行了以下改进：

为了实现不同区域的单层扫描策略的对应化设计：

步骤s5的单层扫描策略为：

如图3所示，带装药孔的底座部分的单层扫描策略为：先进行内部填充扫描、后进行轮廓扫描，

内部填充扫描：采用直线填充路径、且前一层的直线路径与后一层的直线路径呈夹角为15°-90°的偏转进行扫描；轮廓扫描：采用与内部填充扫描不同的扫描速度、每一层的轮廓扫描采用偏置起始位置进行扫描；

由于带装药孔的底座部分采用了上述改进，将台阶通孔改为等径的小直径通孔，因此，其带装药孔的底座部分实际上可以视为一个圆管，因此，其采用直线填充路径进行扫描，为了削弱各向异性，提高致密度和防止热堆积造成单层扫描时形成突出部，因此，其采用15°-90°的偏转进行扫描，而经过研究，若偏转小于15°(说明：大于90°相当于向另一个方向偏转0-90°的一定角度，效果与0-90°一样)，较小的偏转角度使其与在0°时的状态相似，，这不容易造成后一层的处理，最终导致成品在纵向方向形变。在图3中，△z＝0.3mm是指z轴方向抬升量。图中的箭头表明扫描方向，在图中，具体可以选择偏转67°，即采用直线填充路径、且前一层的直线路径与后一层的直线路径呈夹角为67°的偏转进行扫描。

如图4所示，等截面弹身部分的单层扫描策略为：先进行内部填充扫描、后进行轮廓扫描，

内部填充扫描：采用螺旋偏置进给填充路径进行扫描；轮廓扫描：采用与内部填充扫描相同的扫描速度、每一层的轮廓扫描采用偏置起始位置进行扫描；所述螺旋偏置进给填充路径为：具有逆时针填充路径和顺时针填充路径、且逆时针填充路径和顺时针填充路径交替执行、至少2个偏置区的填充路径；

由于弹身部分的壁厚是整个炮弹最薄的部分，其厚度仅有3-10mm，其厚度是毫米级别的尺寸。因此，若采用直线或其它方式内部填充扫描，在每次配置扫描时，非常容易造成热积累，且传统的扫描方式会使得偏置线在一个路径或1个比较集中的区域，因此，为了克服该问题，本发明设置了一种特殊的螺旋偏置进给填充路径，比较特殊的时，该路径采用逆时针填充路径和顺时针填充路径交替执行，且其具有2个偏置区，2个偏置区又与逆时针填充路径和顺时针填充路径互为依靠，使得热积累分散到2个偏置区并内外分散，这样有利于消除热积累，从而使得突出现象消失，每层的制造都是在一个标准平面内完成的，不会出现非常明显的突出现象。

如图4所示，优选的，所述螺旋偏置进给填充路径具有：a偏置区、b偏置区、顺时针填充路径形成多个内层填充圈、逆时针填充路径形成多个外层填充圈；其螺旋偏置进给填充路径有：

路径1：在当前外层填充圈、从a偏置区开始进行逆时针进给填充，当逆时针进给填充到b偏置区时偏置到当前内层填充圈进行顺时针进给填充；

路径2：再顺时针进给填充完成一圈后回到b偏置区时、从b偏置区偏置到当前外层填充圈进行逆时针进给填充；

路径3：再逆时针进给填充完成一圈后回到a偏置区时、从a偏置区偏置到下一外层填充圈；

循环所述路径1、路径2、路径3。

再具体点，以图4为例，其具有3个内层填充圈、3个外层填充圈，其中，以图中起始点开始，扫描时的顺序为：该起始点在第一个外层填充圈的a偏置区域，先逆时针到达b偏置区，在b偏置区偏置到第一个内层填充圈，沿第一个内层填充圈顺时针一周后回到b偏置区，然后在b偏置区偏置到第一个外层填充圈，沿第一个外层填充圈逆时针一周后回到a偏置区；在a偏置区域的启示点位置向外偏置到第二个外层填充圈，然后沿逆时针到达b偏置区，在b偏置区偏置到第二个内层填充圈，沿第二个内层填充圈顺时针一周后回到b偏置区，然后在b偏置区偏置到第二个外层填充圈，沿第二个外层填充圈逆时针一周后回到a偏置区；在a偏置区域的启示点位置向外偏置到第三个外层填充圈，然后沿逆时针到达b偏置区，在b偏置区偏置到第三个内层填充圈，沿第三个内层填充圈顺时针一周后回到b偏置区，然后在b偏置区偏置到第三个外层填充圈，沿第三个外层填充圈逆时针一周后回到a偏置区。

如图5所示，变截面弹头部分的单层扫描策略为：先进行内部填充扫描、后进行轮廓扫描，

内部填充扫描：采用螺旋填充路径进行扫描；轮廓扫描：采用与内部填充扫描相同的扫描速度、每一层的轮廓扫描采用偏置起始位置进行扫描；所述螺旋填充路径为：具有逆时针填充路径或顺时针填充路径、1个偏置区的填充路径；

该图中，其在图5中，△z＝0.25mm是z轴方向抬升量。

由于弹头部部分的截面是慢慢增加的，因此，该部分不容易出现热积累和突出现象，因此，为了加快制造效率，其采用连续环进给的螺旋填充路径，只有回到每圈的起始位置时才进行偏置到下一圈。

上述偏置区是指一扫描圈扫描切换到或偏置到另外一扫描圈时的点连接的区域。上述扫描是指增材制造加工运动路径。

如图3所示，弹头尖部部分的单层扫描策略与带装药孔的底座部分的单层扫描策略相似，弹头尖部部分的单层扫描策略为：先进行内部填充扫描、后进行轮廓扫描，

内部填充扫描：采用直线填充路径、且前一层的直线路径与后一层的直线路径呈夹角为15°-90°的偏转进行扫描；轮廓扫描：采用与内部填充扫描相同的扫描速度、每一层的轮廓扫描采用偏置起始位置进行扫描。

优选的，为了防止塌陷，使得制造均匀，一般第一个外层填充圈和第一个内层填充圈为相邻的2个填充圈，二者位于整个打印区域的中部。即从中心向内外两侧交替打印处理。该操作可以避免某处的热积累很高，再配合其有2个偏置区，因此，综合可以使得其当前打印层的表面不会形成突出，从而控制打印表面处于平整状态。

实施例5

在上述实施例的基础上，具体的，为了实现不同区域的成品质量的提升，我们进行了以下改进：

优选的，步骤s4中送粉式激光增材制造成形工艺参数为：激光功率为400-1500w，扫描速率为5-12mm/s，送粉速率为6-16g/min，载粉惰性气体流量为5-8l/min，激光光斑直径为2-4mm，搭接率为50％-55％，z轴抬升量为0.25-0.6mm。

具体的，为了实现不同区域的成形工艺参数的对应化设计：

带装药孔的底座部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数为：激光功率为800w，内部填充扫描速率为10mm/s，轮廓扫描速率为8mm/s，送粉速率为9g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为50％，z轴抬升量为0.3mm；

等截面弹身部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数为：激光功率为800w，扫描速率均为10mm/s，送粉速率为9g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为50％，z轴抬升量为0.3mm；

变截面弹头部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数为：激光功率为800w，扫描速率均为10mm/s，送粉速率为7.5g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为55％，z轴抬升量为0.25mm；

弹头尖部部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数为：激光功率为800w，最后10-20扫描层开始逐层减少100w，至400w后保持不变，扫描速率均为10mm/s，送粉速率为9g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为50％，z轴抬升量为0.3mm。

在上述操作中，比较特殊的有：变截面弹头部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数中，需要提高该部分的搭接率、减小z轴抬升量。弹头尖部部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数中，从最后10-20扫描层开始功率每层递减，至一定功率数值后保持不变。

由于变截面弹头部分中存在实心部分，因此，需要将其搭接率提升、并降低z轴抬升量，使得其实心部分致密性提升。由于弹头尖部部分存在一个尖端，为了防止热塌陷，因此，在最后的扫描层执行时，需要对功率进行变小控制，在逐层变小时，功率随层数的变化而变小，使得其热积累降低，从而防止坍塌，同时，在上述参数设计中，将其最终功率控制在400w的目的是：经过多次研究，若功率控制的最终值过高，则会引起热坍塌，若功率控制的最终值过低，则会在材料内部有几率形成小孔，因此，控制在400w，既不会出现热坍塌，也能将形成小孔的几率降到最低。在上述参数值时，出现小孔的几率仅有0.1％。几乎不影响成品质量，而且小孔的尺寸和数量也非常低。

由于每一道熔覆层均为类抛物线，轮廓扫描过程中容易出现塌陷，优选的，s7步骤中的逐层堆积制造时、还包括过熔池图像与温度监测，利用反馈控制系统修正轮廓打印参数的修正步骤，

修正步骤：

x1：获得初始工艺参数；

x2：利用同轴ccd相机和温度传感器实时监测打印过程熔池宽度和温度信息；

x3：当熔池宽度较初始工艺参数的目标值变小超过10％时，降低扫描速度至5mm/s，直至熔池宽度恢复；当熔池宽度较初始工艺参数的目标值变大超过10％时，增加扫描速度至12mm/s，直至熔池宽度恢复。

通过上述参数的控制，可以良好的控制塌陷现象的出现，以及在塌陷出现后能得到有效的、快速的纠正，避免塌陷扩大或无法修复。

实施例6

具体的将上特点综合所得的制造方法为：

包括以下步骤：

s1)：准备平整基材板，将基材表面打磨、清洗干净后定位及固定在工作台上；

s2)：准备如图1所示椭圆截面弹体模型，将底部台阶状装药孔改为小直径通孔，如图2所示；

s3)：将步骤s2)修改后的弹体三维模型按照截面特征的不同分为几部分：带装药孔的底座部分、等截面弹身部分、变截面弹头部分、弹头尖部；

s4)：将目标模型导成step格式后，按照步骤s3)所划分弹体模型各部分特征，设定每一部分的送粉式激光增材制造成形工艺参数，并根据所选择的参数对模型进行分层切片；

s5)：根据步骤s3)所划分弹体模型各部分特征及步骤s4)所设定的工艺参数，设定每一部分的单层扫描策略即增材制造加工运动路径；

s6)：根据步骤s4)和步骤s5)所述结果生成工艺路径文件，并转换成机器人语言；

s7)：利用以机器人作为运动机构的送粉式增材设备，在惰性气体保护环境下，机器人根据步骤s6)得到的工艺路径文件使激光束与同轴粉束在基材上进行相对运动，逐层堆积制造，生成带内腔的异形弹体整体；

s8)：将步骤s7)生成的弹体整体利用线切割的方式从基材上取下，并通过弹体底部的装药孔清除内腔中残留的金属粉末；

s9)：对步骤s8)切下处理后的弹体整体放入热处理炉内进行热处理；

s10)：将步骤s9)得到的弹体整体装夹到三坐标测量机中，通过采用机械测量方式测量弹体外形尺寸。通过工业ct扫描方式测量弹体内腔尺寸；

s11)：通过对比步骤s10)得到的实际模型尺寸与步骤s2)中的目标三维模型尺寸，得到弹体的精度误差，并以此确定加工余量；

s12)：根据步骤s11)确定的加工余量，对弹体整体外表面进行磨削，然后采用喷砂以及振动光饰工艺，以此去除弹体整体表面的熔凝层；

s13)：根据步骤s2)中的目标三维模型，利用钻孔工具加工底部装药孔台阶，得到最终弹体整体；

s14)：根据异形弹体整体样品的最终精度误差和装药量判断弹体是否合格。

步骤s2)的具体操作为：以台阶状装药孔靠近内腔处小直径孔尺寸为标准，将底部大直径孔改为相同的小直径尺寸，消除模型悬空特征。

步骤s4)中根据该椭圆截面弹体不同截面特征设定各部分的送粉式激光增材制造工艺参数，具体为：

带装药孔的底座部分：激光功率为800w，内部填充扫描速率为10mm/s，轮廓扫描速率为8mm/s，送粉速率为9g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为50％，z轴抬升量为0.3mm；

等截面弹身部分：激光功率为800w，扫描速率均为10mm/s，送粉速率为9g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为50％，z轴抬升量为0.3mm；

变截面弹头部分：激光功率为800w，扫描速率均为10mm/s，送粉速率为7.5g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为55％，z轴抬升量为0.25mm；

弹头尖部：激光功率为800w，最后15层开始逐层减少100w，至400w后保持不变，扫描速率均为10mm/s，送粉速率为9g/min，载粉惰性气体流量为6l/min，激光光斑直径为2mm，搭接率为50％，z轴抬升量为0.3mm。

步骤s5)中设计的扫描策略为：

底部带装药孔底座部分：内部采用直线填充路径，每一层填充扫描方向偏转67°，填充完成后以80％填充速度扫描内外轮廓，每一层起始位置偏置10％，扫描策略示意如图3所示，所用工艺参数于步骤4)中设定；

等截面弹身部分：内部采用螺旋偏置进给填充路径，填充完成后以相同速度扫描内外轮廓，每一层轮廓起始位置偏置10％，扫描策略示意如图4所示，所用工艺参数于步骤4)中设定；

变截面弹头部分内部采用螺旋填充路径，填充完成后以相同速度扫描内外轮廓，每一层轮廓起始位置偏置10％，扫描策略示意如图5所示，所用工艺参数于步骤4)中设定，其工艺参数相对其它部分所不同的是，该部分搭接率提高至55％，减小z轴抬升量，据此相应更改其它工艺参数；

弹头尖部采用直线填充路径，每一层偏转67°，填充完成后以相同速度扫描外轮廓，每一层偏置10％，扫描策略与图3类似，所用工艺参数在步骤4)中确定，特殊的，从最后15层开始以每层递减100w，至400w保持不变。

由于每一道熔覆层均为类抛物线，轮廓扫描过程中容易出现塌陷，步骤7)中中通过熔池图像与温度监测，利用反馈控制系统修正轮廓打印参数，参数修正步骤为：

1)根据步骤s4)和步骤s5)设定了整个弹体零件打印的初始工艺参数设置；

2)利用送粉式增材设备上搭载的同轴ccd相机和温度传感器实时监测打印过程熔池宽度和温度信息。

3)当按照初始设定工艺参数打印轮廓出现熔池宽度变化时，将伴随熔池温度大幅度波动(超过400℃)。当熔池宽度较目标值变小超过10％时，降低扫描速度至5mm/s，直至熔池宽度恢复；熔池宽度较目标值变大超过10％时，增加扫描速度至12mm/s，直至熔池宽度恢复。步骤s6所述工艺路径文件包括激光加工工艺参数、分层方向、分层厚度及激光束扫描路径轨迹。工艺路径文件需通过转换，变成机器人能够识别的运动控制指令。

步骤s9)的具体操作为：将步骤s8)得到的前期处理完成的弹体整体放入真空热处理炉中，将炉腔内部抽真空至20kpa以下，再充入惰性气体至大气压，重复两次；将弹体随炉加热到850℃，取出后放入油中冷却至室温；将弹体洗净放入热处理炉中，随炉加热到250℃，然后将其取出在空气中冷却至室温。

步骤s12)的具体操作为：

a)根据步骤11)确定的由实际模型与目标模型对比得到的弹体外形加工余量；

b)根据所述加工余量对弹体整体外表面进行磨削加工处理。再通过三坐标测量机测量经磨削加工得到的弹体实际尺寸；

c)与目标模型对比确定精整加工余量，通过喷砂以及振动光饰工艺得到最终弹体外形质量。

步骤s13)的具体操作为：先用扩孔工具将装药孔整个扩至图纸规定小孔孔径，再利用大直径扩孔工具将小孔扩至大孔直径，深度按图纸要求，得到最终阶梯状装药孔。

需要说明的是，本发明在对弹体整体进行加工制造的过程中，将弹体按截面特征进行了区分，并根据不同部分截面特征的不同，按特征形状设定了对应的激光扫描策略以及工艺参数，并利用熔池监测与反馈控制实现了轮廓质量的修正，在保证加工效率没有明显降低的情况下，显著的改善了弹体增材制造成形质量，减少了缺陷出现的几率，降低了产品制造废品率；通过调整工艺参数、光斑直径与分层厚度，可以满足不同尺寸，不同形状弹体的加工要求。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。