所加工的封頭圓筒壁熔覆成形過程示意圖；
[0037]圖17為本發(fā)明所加工的封頭圓筒壁鍛造過程示意圖。
【具體實施方式】
[0038]實施例:一種熔覆-鍛造一體成形工藝，具體步驟如下:
[0039]步驟一:對鍛件進(jìn)行建模、模擬分析后將模型進(jìn)行分層處理，將鍛件自下而上分成η層(η大于等于I)；
[0040]步驟二:對進(jìn)行分層處理后處于最下面的第一層采用3D熔覆成形工藝進(jìn)行成形，獲得第一層熔覆成形坯件；
[0041]步驟三:對已經(jīng)成形的第一層熔覆成形坯件進(jìn)行鍛造處理，使其達(dá)到設(shè)計要求，進(jìn)而獲得第一層半成品；
[0042]步驟四:在第一層半成品上采用3D熔覆成形工藝進(jìn)行成形形成第二層熔覆成形坯件；
[0043]步驟五:對已經(jīng)成形的第二層熔覆成形坯件進(jìn)行鍛造處理，使其達(dá)到設(shè)計要求，進(jìn)而獲得第一、二層半成品；
[0044]步驟六:將上述步驟循環(huán)進(jìn)行，經(jīng)歷η次3D熔覆成形和η+1次鍛造處理后獲得鍛件成品。
[0045]以一個高度為H的正方形截面柱體(如圖1所示)為例簡要說明其工藝特點(diǎn):
[0046]將柱體沿高度方向η分，每段高度為h，即有H = h1+h2+h3……+hn。每段自下而上編號為4，h2, h3……，hn(圖2)。先熔覆匕段(圖3)，然后對h 1段加熱加壓鍛造(圖4)。然后再在h段基礎(chǔ)上熔覆成形h 2段(圖5)，成形完畢之后再加熱、加壓(圖6)如此循環(huán)η次熔覆成形，并經(jīng)過第η+1次加熱加壓鍛造后完成整個柱體的邊熔覆成形和邊鍛造工藝，獲得該柱體的成品。
[0047]本發(fā)明將金屬3D打印熔覆成形工藝(以及類似熔覆成形的3D打印工藝)和鍛造工藝通過技術(shù)集成在一起，實現(xiàn)了一種邊熔覆、邊鍛造的工件成形工藝，即熔覆過程中增加鍛造或鍛造過程中增加熔覆，在一臺熔覆-鍛造設(shè)備上，就可以通過熔覆-鍛造(CF—一Cladding-Forge)工藝，完成重型高端結(jié)構(gòu)件成形制造，其成形件的質(zhì)量達(dá)到并超過鍛件，而制造周期縮短20?80%，，材料利用率提高到70?80%。)。該設(shè)備有三種工作模式:僅作為一臺熔覆設(shè)備，即“C”模式；邊熔覆邊鍛造(反過來亦可:邊鍛造邊熔覆)即CF模式；僅作為一臺鍛造設(shè)備，即F模式。
[0048]所述3D熔覆成形工藝以激光束、電子束、電弧、熱噴射和冷噴射中的一種或多種的組合能源作為使能技術(shù)(Enable Technologies)，當(dāng)然還可以是其他類似的金屬恪覆工藝的使能技術(shù)。
[0049]一種熔覆-鍛造設(shè)備，包括垂直承載機(jī)架1、垂直主油缸2、垂直智能壓頭3、水平智能壓頭4、旋轉(zhuǎn)工作臺5、水平承載機(jī)架6、水平油缸7、水平承載機(jī)架提升油缸8、下模具9、活動橫梁13、垂向加壓裝置14、3D熔覆成形裝置、傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述垂直承載機(jī)架I固定安裝于地面，垂直主油缸2的缸體固定安裝于垂直承載機(jī)架I下半圓梁上，其活塞桿能夠縱向伸縮，活動橫梁13能夠沿縱向滑動設(shè)于垂直承載機(jī)架I內(nèi)，活動橫梁13與垂直主油缸2的活塞桿相連接，旋轉(zhuǎn)工作臺5能夠繞豎直的軸轉(zhuǎn)動定位于活動橫梁13上，下模具9能夠固定安裝于旋轉(zhuǎn)工作臺5上，水平承載機(jī)架6縱向能夠滑動套設(shè)于垂直承載機(jī)架I上，水平承載機(jī)架提升油缸8的缸體與垂直承載機(jī)架I固連，水平承載機(jī)架提升油缸8的活塞桿與水平承載機(jī)架6固連，至少一個水平油缸7和至少一個3D熔覆成形裝置分別固定安裝于水平承載機(jī)架6上，水平承載機(jī)架6中心形成與旋轉(zhuǎn)工作臺5正對的鏤空部，各個3D熔覆成形裝置的噴頭能夠經(jīng)該鏤空部在旋轉(zhuǎn)工作臺5上的下模具9內(nèi)進(jìn)行工件12的3D熔覆成形，垂直智能壓頭3縱向能夠伸縮固定定位于垂直承載機(jī)架I的上半圓梁上，至少一個水平智能壓頭4沿水平方向能夠伸縮固定定位垂直承載機(jī)架I的上半圓梁上，且各個水平智能壓頭4恰能夠與水平承載機(jī)架6上各個水平油缸7的活塞桿一一對應(yīng)，垂向加壓裝置14與垂直承載機(jī)架I上半圓梁固連，垂直加壓裝置的的活塞桿恰能夠緊抵下模具9內(nèi)工件12上端表面，各個傳感系統(tǒng)分別安裝于垂直智能壓頭3、水平智能壓頭4和3D熔覆成形裝置上并能感應(yīng)到鍛件溫度、壓頭對鍛件的壓力、鍛件金屬流動位移數(shù)據(jù)和3D熔覆成形裝置的噴頭與工件12的位置關(guān)系并傳信于控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)工作臺5、垂直主油缸2、水平油缸7、水平承載機(jī)架提升油缸8、垂直智能壓頭3和水平智能壓頭4、垂向加壓裝置14和3D熔覆成形裝置動作。
[0050]下面以核電深封頭(如圖7所示)的成形加工為例，詳述采用激光熔覆-鍛造設(shè)備進(jìn)行熔覆-鍛造一體成形工藝的工藝過程:
[0051]首先將垂直主油缸2和水平承載機(jī)架6定位于各自的下限位點(diǎn)，將殼狀基底放置于下模具9中。開啟旋轉(zhuǎn)工作臺5，帶動下模具9與基底慢速均勻自轉(zhuǎn)。操控熔覆機(jī)器人16，使激光熔覆噴頭15懸置于殼狀基底中心上方的適當(dāng)高度。開啟激光器17、送料器18和冷水機(jī)19，根據(jù)封頭坯料的三維數(shù)據(jù)模型和在成形預(yù)處理軟件中添加的支撐，噴頭以基底中心為平面極坐標(biāo)原點(diǎn)，隨著基底勻速自轉(zhuǎn)，在徑向上逐步掃描成形區(qū)域。首先在基底上熔覆出一定厚度的網(wǎng)格狀支撐。然后以上述的相同步驟在網(wǎng)格狀支撐的基礎(chǔ)上成形封頭底部。在成形過程中，通過傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)來反饋調(diào)節(jié)噴嘴與基底上表面的距離與角度，實現(xiàn)智能控制成形。
[0052]待完成底部封頭的成形，熔覆機(jī)器人16驅(qū)動水平懸臂和噴頭向外移出成形區(qū)域，旋轉(zhuǎn)工作臺5暫停旋轉(zhuǎn)，垂直主油缸2上行推動活動橫梁13帶動下模具9和底部封頭坯料與垂直智能壓頭3多次壓制已成形的底部封頭坯料(在每兩次壓制的間隙，旋轉(zhuǎn)工作臺5步進(jìn)轉(zhuǎn)動一個角度)，使得工件12 (核電深封頭)坯料的底部的材料塑性變形均勻地往邊上流動。封頭底部的加壓過程如圖7所示。
[0053]完成垂向?qū)艉?，垂直油缸回程至下限位點(diǎn)，通過控制水平承載機(jī)架6和熔覆機(jī)器人16將噴頭移回成形區(qū)域，旋轉(zhuǎn)工作臺5恢復(fù)慢速均勻自轉(zhuǎn)的工況，開啟激光熔覆噴頭15，在底部封頭的基礎(chǔ)上逐圈逐層地成形圓筒壁。
[0054]待成形出一定高度的圓筒壁后，向外移出熔覆機(jī)器人16的水平懸臂和噴頭，垂直主油缸2上行推動活動橫梁13帶動下模具9和工件12 (核電封頭)坯料。調(diào)整水平承載機(jī)架提升油缸8，使水平油缸7與水平壓頭同軸。垂向加壓裝置14的四個活塞桿下行頂住圓筒壁頂面。
[0055]水平智能壓頭4伸出與水平油缸7所帶的砧具對壓。旋轉(zhuǎn)工作臺5帶動下模具9與工件12 (核電封頭)坯料在水平對擊的間隙進(jìn)行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。同時，垂直方向加壓裝置略微收起方便工件12 (核電封頭)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)，待完成步進(jìn)旋轉(zhuǎn)后，柱塞再次下行頂住圓筒壁頂面。上砧子11帶有的垂直智能壓頭3 (可伸縮)與水平智能壓頭4(可伸縮)裝有傳感系統(tǒng)，電控系統(tǒng)根椐傳感系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析實時調(diào)整垂直主油缸2和水平油缸7的壓力，使工件12(核電封頭)坯料被壓實變薄達(dá)到所需要的內(nèi)部組織與形狀。
[0056]之后每成形一定高度的圓筒壁便重復(fù)上述的工藝過程加工該段圓筒壁直至完成整個封頭的熔覆成形和鍛壓加工。
[0057]加工完成后由水平機(jī)架提升油缸帶動水平承載機(jī)架6下行至下限位點(diǎn)，垂向加壓裝置14的四個柱塞向上收回，垂直主油缸2上推至合適的高度，移出熔覆機(jī)器人16的水平懸臂，將完成的工件12 (核電封頭連同球殼基底)與上砧子11 一起移出壓機(jī)，水平智能壓頭4(可伸縮)縮回，卸下工件12(核電封頭)進(jìn)行后續(xù)加工。)
[0058]所述3D熔覆成形裝置包括激光熔覆噴頭15、熔覆機(jī)器人16、激光器17、送料器18和冷水機(jī)19，所述熔覆機(jī)器人16包括沿水平承載機(jī)架6徑向延伸的水平懸臂、沿縱向延伸的垂直懸臂和噴頭定位塊，所述垂直懸臂能夠沿水平懸臂延伸方向滑動定位于水平懸臂上，噴頭定位塊能夠沿縱向升降定位于垂直懸臂上，激光熔覆噴頭15能夠繞與水平承載機(jī)架6徑向垂直的水平軸旋轉(zhuǎn)擺動定位于噴頭定位塊上，激光器