一种PEEK基复合材料格栅高效高质量加工方法与流程

本发明涉及复合材料3d打印成型，具体的说涉及一种peek基复合材料格栅高效高质量加工方法。

背景技术：

1、复合材料具有强度高、质量轻、功能复合等特点，已在飞机上大量应用，其用量已经成为衡量飞机先进性的重要指标之一。先进复合材料格栅结构可以综合新材料技术与新结构设计的优点，以较强的可设计性和多种优良性能而广受关注，国内外也相继站展开了研究和应用。

2、当前，先进复合材料格栅结构主要应用于飞机机身、尾翼、前缘等结构或功能性部件中，实现了部件功能以及性能的拓展和提升、减重等效果，但受限于现有复合材料制造技术，目前格栅结构主要为平板、圆筒等规则结构形式，格栅尺寸也较大，这严重限制了先进复合材料格栅结构的应用范围。碳纤维增强聚醚醚酮等高性能热塑性复合材料与3d打印技术的结合为格栅结构零件的应用提供了新的思路，为了满足飞机减重、散热等功能及装配需求而设计的部分格栅结构存在变曲率、格栅单胞尺寸小(边长5.2mm，壁厚1mm)、变厚度等复杂特征，而当前零件制造工艺存在质量差、手工工作量大以及零件精度差等情况，难以满足技术要求。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的问题和不足，本发明提出了一种peek基复合材料格栅高效高质量加工方法，尤其适用于曲面复杂、格栅单胞尺寸小、厚度不均等复杂特征零件的制造加工，可实现零件的高效高质量成型制造。

2、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

3、一种peek基复合材料格栅高效高质量加工方法，本方法基于工艺模型完成零件3d打印，再按照“3d打印→热处理→数控机加”的工艺流程完成零件的批量加工，在数控机加工时遵循相应的加工顺序，从而实现格栅零件的高效高质量加工。具体包括以下步骤：

4、步骤s1.3d打印方案设计

5、步骤s1.1.假设原始的零件工艺数模为模型a，对模型a的周边增加2％的余量，同时厚度方向上、下面各增加余量1m，然后在模型a的两侧错位增加两个结构形状不同的定位耳片(形状不同以示区分)，每个耳片上一个增加φ4.9mm(或φ5.2mm)的销钉孔，最终生成新的工艺模型a1；

6、步骤s1.2.选取工艺模型a1上最低点三点建立平面p，工艺模型a1上最高点与平面p的距离即为能包裹工艺模型a1的最小厚度δ，平面的法向(朝上)定为零件的3d打印增长方向(即+z向)，因此将平面p沿+z向偏移距离δ＂，生成平面p1；

7、步骤s1.3.将平面p1沿+z向偏移距离δ″′，生成平面p1＂，平面p沿-z向偏移距离δ″′生成平面p＂，将格栅区域沿格栅口方向进行拉伸(即格栅沿格栅口方向上下延长)，拉伸时的上、下边界分别为平面p1＂和p＂，最后生成工艺模型a2；

8、步骤s2.成组加工方案设计

9、步骤s2.1.将工艺模型a2按+z向阵列，阵列距离为δ＂+5mm，并且阵列数量a＜零件宽度/(δ＂+5)，最后生成工艺模型a3；

10、步骤s3.数控机加方案设计

11、步骤s3.1.提取工艺模型a1的上表面生成曲面s，通过旋转及移动使曲面s翻面且外形轮廓尽量与工艺模型a1对应，然后将曲面s向-z向移动，最小移动距离为5mm，一般不超过10mm，然后再将曲面s向-z向增厚2mm，生成装夹模具工艺模型b；

12、步骤s3.2.设计平面底板工艺模型c：在工艺模型b的下方建立平面，将工艺模型a3与工艺模型b的外形尺寸投影在该平面上，以最大投影尺寸向外偏移δ″′最终构建平面底板工艺模型c；偏移距离偏移δ″′一般为50-80mm，工艺模型c的厚度一般为2-5mm，位于工艺模型b的下方且两者之间最小间距为2mm；底板上投影区域以外增加一个φ3mm机加定位孔；

13、步骤s4.辅助结构设计及切片参数设置

14、成组零件的辅助结构由切片软件直接生成

15、步骤s4.1.辅助支撑设计：支撑形式为全支撑，支撑形状为三角形网格，间距为单个格栅边长的1/2，走线一次；

16、步骤s4.2.切片参数设置：将工艺模型c、工艺模型b与工艺模型a3同时导入切片软件并按原位置装配好，工艺模型b与工艺模型a3导入切片软件前，需将工艺模型b与工艺模型a3上的所有销钉孔进行封堵，这样3d打印时就不会将销钉孔打印出来；然后根据零件结构设置切片参数，最后三个工艺模型将生成一个3d打印代码，通过该3d打印代码就可以进行3d打印，形成一个整体组件；

17、步骤s5.加工工序设计

18、步骤s5.1.基于工艺模型c、工艺模型b与工艺模型a3，根据步骤s4生成的打印代码，3d打印生成整体组件；

19、步骤s5.2.将整体组件从3d打印装备取下，放进烘箱进行热处理，热处理时，温度为280-300℃，升温速率为2℃/min，保温时间为120min；

20、步骤s5.3.热处理后将零件放在数控机床上进行装夹，按照程序数控加工顺序编制的加工代码进行数控机加处理，在进行机加工时，严格按照以下顺序进行加工(假设从下往上零件编号为d1～dn)：

21、步骤s5.3.1.数控机加dn上表面及钻出dn上的销钉孔；

22、步骤s5.3.2.通过电热丝将零件dn从整体组件上切割下来；

23、步骤s5.3.3.数控机加dn-1上表面及钻出dn-1上的销钉孔；

24、步骤s5.3.4.通过电热丝将零件dn-1从整体组件上切割下来；

25、步骤s5.3.5.重复以上流程，直至将零件d1从整体组件上切割下来；

26、步骤s5.3.6.数控机加装夹模具及钻出装夹模具上的销钉孔；

27、步骤s5.3.7.分别将d1～dn放于装夹模具上进行定位及固定，数控机加零件的另一面，型面加工完成后再铣切掉定位耳片，得到零件的最终形状。

28、在整个机加工序中，工艺模型c是底板，其主要作用是数控机加时定位用与将整个组件固定在机床上，其并非零件，不需要加工。

29、进一步地，在本发明中，平面p沿+z向的偏移距离δ＂为略微大于δ的整数，例如0-1mm；平面p1和平面p的偏移距离δ′″一般为2.5mm，低于该数值，则后续成组成形后难以分离，若大于该数值，又增加了打印时间和打印风险。

30、进一步地，在本发明中，根据零件结构设置切片参数时，工艺模型c的切片参数需要单独设置，包括：设计工艺模型c为无顶底面(打印后底板没有上表面与下表面)，外壁厚度2mm，内部填充图形为三角形，间距5mm，走线一次。

31、本发明的有益效果：

32、(1)本发明无手工打磨等工作量，加工零件质量好、精度高，并且可实现多件零件组合制造，加工效率更高。

33、(2)本发明无需额外制造装夹模具，制造成本低且无需占用工装库房，减少了工装周转等，缩减了制造周期。

34、(3)本发明通过设计合理的工艺余量可以消除打印过程中零件变形对零件制造精度及质量的影响，容错率高。