熔覆智能鍛造成形工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熔覆智能鍛造成形工藝，根據(jù)重型零件圖完成熔覆坯件成形過程的數(shù)字仿真和成形數(shù)字模擬并進行一體化設(shè)計；對熔覆坯件進行數(shù)據(jù)處理獲得3D打印數(shù)據(jù)并輸入3D打印機床的管理控制系統(tǒng)，通過3D打印機床完成熔覆坯件制造；對熔覆坯件熱處理；完成以熔覆坯件為毛坯的智能鍛造工藝分析并設(shè)計智能鍛造工步、確定智能鍛造工藝參數(shù)和完成編程；將熔覆坯件進行定位，啟動液壓機進行智能塑性成形，獲得智能鍛造鍛件半成品；智能鍛造鍛件半成品進行熱處理和探傷，獲得高端重型鍛件成品并入庫，本發(fā)明將3D打印技術(shù)和智能鍛造技術(shù)結(jié)合起來，一體化成形大大減少零件裝配量和焊接量，保證核電主設(shè)備結(jié)構(gòu)件強度，同時大大縮短了生產(chǎn)時間。
【專利說明】熔覆智能鍛造成形工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬成形工藝，特別涉及一種熔覆智能鍛造成形工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]我國的能源是關(guān)系我國和世界環(huán)境的大事。清潔能源中，沒有一種能源從規(guī)模上能與核電相比。事實上，只有核能的大規(guī)模發(fā)展，才能迅速改變我國落后的能源結(jié)構(gòu)，改善我國的生態(tài)環(huán)境。曾使我國暫停新核電站建設(shè)，進行新一輪核安全檢查檢的3年已過去，我國迎來了核電發(fā)展的新時代。核能已成為我國的重要國際“品牌”，是我國經(jīng)濟發(fā)展的刺激點，是我國國際聲望的核心之一，是我國實現(xiàn)多種目標的重要工具。
[0003]但是，我國核電發(fā)展水平還是比較低的，我國的裝機容量僅占電力總裝機容量的2 %。遠低于15 %世界平均水平核電主設(shè)備中，優(yōu)質(zhì)和快速完成重型鍛件是發(fā)展核電裝備的關(guān)鍵。多年來，我國大力發(fā)展重型核電鍛件取得了重要的成就，各種堆型和標準的核電鍛件我們都可以生產(chǎn)，然而，生產(chǎn)的效率還是十分的低下，一個100萬kW核電站的主裝備制造平均周期為4年，如此長的周期，大大影響電站建設(shè)和國際競爭力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了彌補以上不足，本發(fā)明提供了一種熔覆智能鍛造成形工藝，它是將大型和超大型3D打印技術(shù)和智能鍛造技術(shù)結(jié)合起來的一種新的技術(shù)方案，其是一種可用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的、高效的、節(jié)材的、節(jié)能的核電主設(shè)備結(jié)構(gòu)件成形的創(chuàng)新工藝。
[0005]本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種熔覆智能鍛造成形工藝，具體步驟如下:
[0006]步驟一:根據(jù)重型零件圖采用數(shù)字模擬軟件完成熔覆坯件成形過程的數(shù)字仿真和成形數(shù)字模擬，并根據(jù)數(shù)字仿真和成形數(shù)字模擬的結(jié)果對熔覆坯件進行一體化設(shè)計(多個零件形成一個進行熔覆成形的坯件)；
[0007]步驟二:采用數(shù)字模擬軟件對對熔覆坯件進行數(shù)據(jù)處理，獲得熔覆坯件的具體3D打印(IXD或EBAM工藝)數(shù)據(jù)，并將該3D打印數(shù)據(jù)輸入3D打印機床(IXD-EBAM機床，或類似功能的機床)的管理控制系統(tǒng)；
[0008]步驟三:啟動3D打印機床(IXD或EBAM)，輸入合金材料(合金粉材或絲材)，完成熔覆坯件的成形制造(采用IXD工藝或EBAM工藝或類似功能的金屬熔覆工藝進行制造)；
[0009]步驟四:對所完成的熔覆坯件進行熱處理，檢驗，入庫；
[0010]步驟五:采用鍛造模擬軟件(人工智能鍛造軟件和熔覆數(shù)字模擬軟件，或類似功能的軟件)完成以熔覆坯件為毛坯的智能鍛造工藝分析，并根據(jù)計算機軟件工藝分析結(jié)果設(shè)計智能鍛造工步、確定智能鍛造工藝參數(shù)和完成編程，并將所編程序輸入液壓機的管理控制系統(tǒng)；
[0011]步驟六:啟動液壓機進行智能塑性成形:首先將熔覆坯件進行定位固定，然后啟動加壓實體結(jié)構(gòu)對熔覆坯件進行塑性鍛造成形，在鍛造過程中，通過傳感系統(tǒng)實時反饋成形熔覆坯件的溫度、壓力值和熔覆坯件金屬流動數(shù)據(jù)給液壓機的管理控制系統(tǒng)，形成實時閉環(huán)或開環(huán)控制，自動完成高端鍛件的智能鍛造，獲得智能鍛造鍛件半成品。
[0012]步驟七:對步驟六中獲得的智能鍛造鍛件半成品進行熱處理和探傷，挑選出合格件為高端重型鍛件成品；
[0013]步驟八:高端重型鍛件成品入庫。
[0014]作為發(fā)明的進一步改進，所述步驟五和步驟六中所述的液壓機為智能鍛造液壓機。
[0015]作為發(fā)明的進一步改進，所述步驟六中加壓實體結(jié)構(gòu)為智能通用壓頭。
[0016]作為發(fā)明的進一步改進，步驟六中所述傳感系統(tǒng)包括溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器。
[0017]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:本發(fā)明將3D打印技術(shù)和智能鍛造技術(shù)結(jié)合起來形成一種新的成形工藝，其先通過3D打印機床進行熔覆坯件的成形，采用3D打印熔覆工藝(LCD和EBAM等)，完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無偏析的精化、一體化坯料(一件坯料由多個原設(shè)計的鍛件組成)；然后采用智能鍛造工藝(IF)，通過計算機程序控制的智能壓頭，對熔覆坯件進行熱-力耦的塑性變形，在金屬內(nèi)部產(chǎn)生300?500Mpa的球應(yīng)力；通過優(yōu)化溫度梯度和溫度變化率，保證成形件中的再結(jié)晶和重結(jié)晶過程；通過“應(yīng)力再-重結(jié)晶”(在巨大球應(yīng)力作用下的再結(jié)晶和重結(jié)晶過程)，完全消除熔覆道次間和層次間的各種缺陷，獲得滿足核電標準的重型鍛件，“應(yīng)力再-重結(jié)晶”是保證重型鍛件內(nèi)部質(zhì)量的核心的過程，本專利的工藝方法可將多個(數(shù)個或數(shù)十個)鍛件合并為一個或幾個重型鍛件，一體化成形，大大減少零件裝配量和焊接量，保證核電主設(shè)備結(jié)構(gòu)件強度，同時大大縮短了生產(chǎn)時間，有利于提高我國核電水平。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；
[0019]圖2為高端鍛件采用本發(fā)明工藝成形的熔覆坯件示意圖；
[0020]圖3為熔覆坯件經(jīng)過智能塑性成形獲得的智能鍛造鍛件示意圖；
[0021]圖4為對智能鍛造鍛件進行精加工處理獲得的高端鍛件產(chǎn)品圖。

【具體實施方式】
[0022]實施例:一種熔覆智能鍛造成形工藝，具體步驟如下:
[0023]步驟一:根據(jù)重型零件圖采用數(shù)字模擬軟件完成熔覆坯件成形過程的數(shù)字仿真和成形數(shù)字模擬，并根據(jù)數(shù)字仿真和成形數(shù)字模擬的結(jié)果對熔覆坯件進行一體化設(shè)計(多個零件形成一個進行熔覆成形的坯件)；
[0024]步驟二:采用數(shù)字模擬軟件對對熔覆坯件進行數(shù)據(jù)處理，獲得熔覆坯件的具體3D打印(IXD或EBAM工藝)數(shù)據(jù)，并將該3D打印數(shù)據(jù)輸入3D打印機床(IXD-EBAM機床，或類似功能的機床)的管理控制系統(tǒng)；
[0025]步驟三:啟動3D打印機床(IXD或EBAM)，輸入合金材料(合金粉材或絲材)，完成熔覆坯件的成形制造(采用IXD工藝或EBAM工藝或類似功能的金屬熔覆工藝進行制造)；
[0026]步驟四:對所完成的熔覆坯件進行熱處理，檢驗，入庫；
[0027]步驟五:采用鍛造模擬軟件(人工智能鍛造軟件和熔覆數(shù)字模擬軟件，或類似功能的軟件)完成以熔覆坯件為毛坯的智能鍛造工藝分析，并根據(jù)計算機軟件工藝分析結(jié)果設(shè)計智能鍛造工步、確定智能鍛造工藝參數(shù)和完成編程，并將所編程序輸入液壓機的管理控制系統(tǒng)；
[0028]步驟六:啟動液壓機進行智能塑性成形:首先將熔覆坯件進行定位固定，然后啟動加壓實體結(jié)構(gòu)對熔覆坯件進行塑性鍛造成形，在鍛造過程中，通過傳感系統(tǒng)實時反饋成形熔覆坯件的溫度、壓力值和熔覆坯件金屬流動數(shù)據(jù)給液壓機的管理控制系統(tǒng)，形成實時閉環(huán)或開環(huán)控制，自動完成高端鍛件的智能鍛造，獲得智能鍛造鍛件半成品。
[0029]步驟七:對步驟六中獲得的智能鍛造鍛件半成品進行熱處理和探傷，挑選出合格件為高端重型鍛件成品；
[0030]步驟八:高端重型鍛件成品入庫。
[0031]熔覆智能鍛造技術(shù)路線，即:
[0032]CIF--Cladding Intelligence Forge，簡介如下:
[0033]本 申請人:認為要提高端鍛件(如核電站主設(shè)備鍛件)生產(chǎn)效率，降低成本，節(jié)材節(jié)能，應(yīng)采用高新技術(shù)，如大型和超大型激光和電子束的金屬3D打印技術(shù)和無模具智能鍛造技術(shù)，其最重要的技術(shù)途徑就是“一體化成形”，即從提高“一體化率”入手。新技術(shù)的采用可將多個(數(shù)個或數(shù)十個)鍛件合并為一個或幾個重型鍛件，大大減少零件裝配量和焊接量。大型和超大型3D打印技術(shù)(如IXD——Laser Cladding D印osit1，激光熔覆沉積和
EBAM--Electron Beam Additive Manufacturing電子束增材制造)的發(fā)展，使一體化成形成為可能，LCD一一EBAM在航空發(fā)動機、無人機和無人直升機、導(dǎo)彈、航天領(lǐng)域的應(yīng)用，取得了非凡的成就。一體化成形不但提高生產(chǎn)效率，減化生產(chǎn)流程(成為短流程)，還大大提高高端結(jié)構(gòu)件的可靠性，對核電制造具有重要意義。
[0034]智能鍛造(IF--1ntelligence Forge)無需大型和昂貴的模具，即可將3D打印所完成的大型核電結(jié)構(gòu)件，通過高溫高壓的“熱、力”因素，進一步提高其機械性能，以保證達到核電標準。LCD-EBAM與IF相結(jié)合，即熔覆過程和熱-力過程的技術(shù)集成，是本專利技術(shù)路線的核心。
[0035]當(dāng)前LCD-EBAM熔覆件可以達到高端鍛件的機械性能，我國已成功地應(yīng)用于飛機起落架、梁、駕駛艙窗框等結(jié)構(gòu)件；但在重型結(jié)構(gòu)件，如核電方面的應(yīng)用，尚未走出實驗室，尚處于“正在走出實驗室進入工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用之階段”，這并不是簡單的復(fù)制和擴大，其規(guī)模化的應(yīng)用，本身就是一種重要的發(fā)展過程，安全冗余度必需放在首位，這是本技術(shù)路線主張將IXD-EBAM熔覆工藝與智能鍛造相結(jié)合的根本原因。
[0036]美國Pratt&Whitney公司和GE公司，早在上世紀60年代，生產(chǎn)的發(fā)動機粉末渦輪盤，經(jīng)熱等靜壓后就直接使用，起先也很成功，但到了上世紀70年代，采用該種工藝生產(chǎn)渦輪盤的航空發(fā)動機不斷出事，機毀人亡之事屢有發(fā)生，人們才認識到成形的技術(shù)路線出了問題。美國Pratt&Whitney公司和GE公司在渦輪盤的熱等靜壓后，增加了一道關(guān)鍵的工序一一擠壓。此后發(fā)動機粉末盤的成形工序就成為:“粉末成形-熱等靜壓-擠壓”了，即當(dāng)時新興的熱等靜壓工藝與傳統(tǒng)的擠壓工藝結(jié)合起來，增加了安全冗余度，確保了發(fā)動機的安全。與傳統(tǒng)工藝一一擠壓工藝，相結(jié)合的高溫合金渦輪盤熱等靜壓成形工藝，一直沿用至今)；
[0037](大型和超大型IXD-EBAM金屬3D打印裝備簡介如下:
[0038]IXD和EBAM是當(dāng)前金屬3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】中，熔覆成形的效率一一熔覆率，最高的成熟的技術(shù)。
[0039]1.單個國內(nèi)、外商業(yè)化LCD噴頭，最大熔覆沉積率為80克/分(4.8公斤/時)；
[0040]2.單個EBAM雙槍系統(tǒng)，國外(美Sciaky公司)商業(yè)化的最大熔覆沉積率為150克/分(9公斤/時)。
[0041]所述步驟五和步驟六中所述的液壓機為智能鍛造液壓機。
[0042]所述步驟六中加壓實體結(jié)構(gòu)為智能通用壓頭。
[0043]步驟六中所述傳感系統(tǒng)包括溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器，各傳感器用于采集鍛件鍛造過程的信息，便于實時控制智能塑性成形液壓機和智能機械手配合動作改變施力特征，進而精確完成鍛件塑性成形。
【權(quán)利要求】
1.一種熔覆智能鍛造成形工藝，其特征在于:具體步驟如下: 步驟一:根據(jù)重型零件圖采用數(shù)字模擬軟件完成熔覆坯件成形過程的數(shù)字仿真和成形數(shù)字模擬，并根據(jù)數(shù)字仿真和成形數(shù)字模擬的結(jié)果對熔覆坯件進行一體化設(shè)計； 步驟二:采用數(shù)字模擬軟件對對熔覆坯件進行數(shù)據(jù)處理，獲得熔覆坯件的具體3D打印數(shù)據(jù)，并將該3D打印數(shù)據(jù)輸入3D打印機床的管理控制系統(tǒng)； 步驟三:啟動3D打印機床，輸入合金材料，完成熔覆坯件的成形制造； 步驟四:對所完成的熔覆坯件進行熱處理，然后檢驗、入庫； 步驟五:采用鍛造模擬軟件完成以熔覆坯件為毛坯的智能鍛造工藝分析，并根據(jù)計算機軟件工藝分析結(jié)果設(shè)計智能鍛造工步、確定智能鍛造工藝參數(shù)和完成編程，并將所編程序輸入液壓機的管理控制系統(tǒng)； 步驟六:啟動液壓機進行智能塑性成形:首先將熔覆坯件進行定位固定，然后啟動加壓實體結(jié)構(gòu)對熔覆坯件進行塑性鍛造成形，在鍛造過程中，通過傳感系統(tǒng)實時反饋成形熔覆坯件的溫度、壓力值和熔覆坯件金屬流動數(shù)據(jù)給液壓機的管理控制系統(tǒng)，形成實時閉環(huán)或開環(huán)控制，自動完成高端鍛件的智能鍛造，獲得智能鍛造鍛件半成品； 步驟七:對步驟六中獲得的智能鍛造鍛件半成品進行熱處理和探傷，挑選出合格件為高端重型鍛件成品； 步驟八:高端重型鍛件成品入庫。
2.如權(quán)利要求1所述的熔覆智能鍛造成形工藝，其特征是:所述步驟五和步驟六中所述的液壓機為智能鍛造液壓機。
3.如權(quán)利要求1所述的熔覆智能鍛造成形工藝，其特征是:所述步驟六中加壓實體結(jié)構(gòu)為智能通用壓頭。
4.如權(quán)利要求1所述的熔覆智能鍛造成形工藝，其特征是:步驟六中所述傳感系統(tǒng)包括溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器。
【文檔編號】B23P13/02GK104493424SQ201410789870
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】顏永年, 張定軍, 陳振東, 荊紅, 黃曉峰 申請人:江蘇永年激光成形技術(shù)有限公司