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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109014200A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201811001839.1B33Y50/00(2015.01)(22)申请日2018.08.30(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人曾晓雁曹嘉明高明(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人张彩锦曹葆青(51)Int.Cl.B22F3/105(2006.01)B22F5/10(2006.01)B22D19/00(2006.01)B22D27/11(2006.01)B33Y10/00(2015.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称一种大型金属零件的增材制造方法及装置(57)摘要本发明属于增材制造领域,并具体公开了一种大型金属零件的增材制造方法及装置,其首先使用增材制造技术,按照零件的数据模型进行切片处理,然后提取各层的轮廓数据,生成轮廓的沉积路径,在基板上制作具有一定厚度和深度的金属腔体,然后再将熔炼好的金属注入金属腔体内,待其凝固或为半凝固状态时,对零件进行轧制处理,完毕后继续在零件上沉积新的金属腔体,不断重复上述步骤直至完成整个零件。本发明解决了当前大型金属零件整体采用增材制造工艺效率不足、容易开裂,采用铸造工艺存在缩松、缩孔等缺陷,工序复杂、周期过长等缺点,采用锻造工艺存在锻压机吨位限制、周期过长等缺点,可以快速、低成本制造高性能的金属零件。CN109014200ACN109014200A权利要求书1/1页1.一种大型金属零件的增材制造方法,其特征在于,包括如下步骤:S1获取待成形零件的三维CAD模型,对所述模型进行切片处理,然后提取各层的内外轮廓数据,并根据各层的内外轮廓数据生成各层对应的轮廓沉积路径;S2采用增材制造方法按照轮廓沉积路径进行一层或多层沉积,以形成具有所需厚度和高度的金属腔体;S3将已经熔炼好的液态金属注入金属腔体内,直至充满整个金属腔体;S4当注入的金属处于凝固或者半凝固状态时,使用轧辊或挤压装置沿已经凝固或半凝固的零件表面进行轧制处理;S5轧制完成后,重复步骤S2~S4以完成整个零件的制造。2.如权利要求1所述的一种大型金属零件的增材制造方法,其特征在于,所述金属腔体成形的增材制造方法为电弧熔丝增材制造、激光送粉增材制造或激光送丝增材制造。3.如权利要求2所述的一种大型金属零件的增材制造方法,其特征在于,电弧熔丝增材制造的工艺优选为:焊丝直径为1.2mm,焊接电流为200A、电压为20V,焊接速度为4.5mm/s。4.如权利要求1所述的一种大型金属零件的增材制造方法,其特征在于,沉积金属腔体的材料和浇铸的填充材料为同种或异种材料。5.如权利要求4所述的一种大型金属零件的增材制造方法,其特征在于,当填充材料和金属腔体材料为同种材料时,液态金属的浇铸温度高于填充材料熔点50~150℃;当填充材料和金属腔体材料为异种材料时,填充材料的熔点高于金属腔体材料熔点时,液态金属的浇铸温度高于填充材料熔点20~60℃,填充材料的熔点低于金属腔体材料熔点时,液态金属的浇铸温度高于金属腔体材料熔点70~200℃。6.如权利要求4所述的一种大型金属零件的增材制造方法,其特征在于,金属腔体的材料为不锈钢焊丝,浇铸的填充材料为碳钢材料,以制备获得芯部强度高且表面具有耐腐蚀性能的零件。7.如权利要求1所述的一种大型金属零件的增材制造方法,其特征在于,所述金属腔体的厚度优选为5-20mm,进一步优选为10mm,高度优选为10-70mm,进一步优选为50mm。8.如权利要求1所述的一种大型金属零件的增材制造方法,其特征在于,步骤S2中,增材制造方法还用于在金属腔体内部制造加强型结构,以提高零件整体强度;所述加强型结构的材料与浇注的材料不同,形成异种金属结构。9.如权利要求1所述的一种大型金属零件的增材制造方法,其特征在于,在注入液态金属前使用机械加工对所沉积的金属腔体进行修整;在使用轧辊或挤压装置对填充金属进行多次碾压时,金属的表面温度不低于材料回复再结晶温度,以避免因碾压而出现裂纹。10.一种用于实现权利要求1-9任一项所述方法的装置,其特征在于,包括:数据获取模块,用于获取待成形零件的三维CAD模型,对所述模型进行切片处理,然后提取各层的内外轮廓数据,并根据各层的内外轮廓数据生成各层对应的轮廓沉积路径;增材制造模块,用于按照轮廓沉积路径进行一层或多层沉积,以形成具有所需厚度和高度的金属腔体;浇铸模块,用于将已经熔炼好的液态金属注入金属腔体内,直至充满整个金属腔体;轧制模块,用于当注入的金属处于凝固或者半凝固状态时,沿已经凝固或半凝固的零件表面进行轧制处理。2CN109014200A说明书1/7页