專利名稱：一種可進行隨形退火熱處理的金屬零件制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬零件快速制造技術領域，尤其是涉及一種可進行隨形 退火熱處理的金屬零件制造工藝。
背景技術：
近年來，釆用激光或電子東、等離子東等高能密度熱源熔化或燒結金
屬及陶瓷粉末，通過逐層堆積的方法實現零件的快速制造(RM)技術得到
了迅速的發(fā)展。該技術為航空航天及汽車、模具制造、醫(yī)療植入物等高性 能復雜零部件的制造提供一個快速、柔性、個性化的解決方法。
根據送粉及熔覆堆積方式不同，快速制造(RM)技術可分為同軸送 粉加數控定位熔覆堆積以及自動鋪粉加區(qū)域選擇熔覆粉床兩類。同軸送粉 加數控定位熔覆堆積工藝主要有激光工程化凈成形(LENS-Laser Engineered Net Shaping)、 激光成形(Lasform-Laser Forming)直接 光學制造(DLF-Directed Light Fabrication )、直接金屬沉積(DMD-Driect Metal Depositin)等。自動鋪粉加區(qū)域選擇熔覆粉床工藝主要有選區(qū) 激光燒結(SLS-Selective Laser Sintering)和選區(qū)激光熔化 (SLM-Selective Laser Melting )技術。這些RM技術應用于零件的快速
成形過程中，由于熱源迅速移動，加熱、熔化、凝固和冷卻速度快，零件 受熱不平衡、溫度梯度高，組織及熱應力大，容易造成零件較大變形和開
裂。相對于同軸送粉加數控定位熔覆堆積工藝，自動鋪粉加區(qū)域選擇熔覆 粉床工藝，成形過程熔化、凝固和冷卻速度緩和、零件溫度梯度，組織及 熱應力有一定的改善，但零件變形和開裂問題依然嚴重，限制了快速制造 (RM)技術的廣泛應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一 種可進行隨形退火熱處理的金屬零件制造工藝，能減小高能束流掃描選定 成形區(qū)域燒結所需能量及時間，并達到減小變形、降低應力的目的，提高 零件成形的精度和質量。
為解決上述技術問題，本發(fā)明釆用的技術方案是 一種可進行隨形退 火熱處理的金屬零件制造工藝，該工藝包括首先根據所需成形零件的具 體結構，進行支撐及溫度控制區(qū)域的初步設計，建立快速制造零件CAD模 型并對其進行分層及掃描路徑規(guī)劃，再對成形室進行保護性氣氛或真空準 備后進入成形工序，其特征在于在成形工序中，基板、每一層金屬粉末 及零件均被加熱并保持在預設的隨行熱處理溫度，使零件成形的同時進行 退火去應力，零件成形后自然冷卻。
所述成形工序具體包括以下步驟
步驟一、使基板升溫至隨行熱處理溫度；
步驟二、把金屬粉末填充鋪到活塞式成形缸內；
步驟三、對所鋪成形區(qū)域內的金屬粉末進行加熱，并保持在隨行熱處 理溫度；
步驟四、通過計算機讀取掃描路徑，并控制電子束或激光束能量，在 相應于零件截面的金屬粉末表面區(qū)域內進行加熱，使金屬粉末固結成層 片，并與前一個相鄰層片之間固結在一起。
步驟五、對零件CAD模型的下一個截面重復以上步驟二至步驟四，直
至所有需要加工的層面加工完畢，即得到成形零件。
步驟六、待成形零件自然冷卻后，去除氣氛保護，取出成形零件并清
除其表面金屬粉末。
步驟七、去除零件支撐，對成形零件作必要的加工，最后得到近形件。 所述成形工序中步驟二的具體過程為第一、根據零件CAD模型預先設定的分層厚度，通過計算機控制活塞式成形缸的活塞相對鋪粉平臺下降
預先設定的鋪粉厚度高度；第二、粉末供給裝置輸送出總量預先設定的金 屬粉末，然后控制粉末鋪壓裝置將金屬粉末送至所述活塞式成型缸上部空 間內并鋪平、壓實，多余金屬粉末推入余料回收箱。
所述成形工序中步驟四的金屬粉末固結分為兩次加熱過程第一、對 成形區(qū)域內的金屬粉末進行預燒結，固定粉末；第二、對成形區(qū)域內的金 屬粉末進行燒結或熔化，使成形區(qū)域內金屬粉末固結為一個層片，并與前 一個相鄰層片之間也發(fā)生固結。
所述基板、金屬粉末和零件的隨行熱處理溫度比所成形金屬材料的去 應力退火溫度高0-8(TC。
通過位于基板下方的電加熱器對基板加熱，且所述電加熱器受計算機 自動控制。
通過位于鋪粉平臺上方的紅外加熱器對金屬粉末及成形零件進行面掃 描加熱，且所述紅外加熱器受計算機自動控制。
本發(fā)明與現有技術相比具有以下優(yōu)點使用本發(fā)明在零件成形的過程 中進行退火處理， 一方面對金屬粉末加熱保溫，可以減小高能束流掃描選
定成形區(qū)域燒結所需能量及時間，有利于減小溫度梯度，保證成形穩(wěn)定性；
另一方面對零件進行隨形退火處理，達到減小變形、降低應力的目的，提 高零件成形的精度和質量。 下面通過附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
本實施例釆用電子束隨形熱處理快速制造TC4鈦合金三維立體零件， 材料選用-150~-200目TC4鈦合金粉末，TC4鈦合金去應力退火熱處理溫度為52(TC。在本實施例中，快速制造零件所用的成形室真空度不高于1 xlO-2Pa,預設的隨形熱處理溫度即預先設定的保溫溫度為52(TC以上 0-8(TC附近，實踐中多選用隨形熱處理溫度為600 ±5°C。在零件整個成形 過程中，通過計算機控制基板下方電加熱器及成形室上方紅外加熱器對基 板、每一層金屬粉末、成形零件加熱，使零件成形的同時始終保持在600 ±5°C,達到隨形熱處理的目的。
如圖1所示，首先根據成形零件具體結構，進行支撐及溫度控制區(qū)域 的初步設計，建立快速制造零件CAD模型，對快速制造零件CAD模型進行 分層及路徑規(guī)劃，根據各層截面的輪廓線信息，生成電子束預燒結及熔化 掃描路徑。
然后對成形室抽真空至1 x 10_2Pa以下，通過基板下方電加熱器預熱 基板至600 ±5°C,并通過計算機控制維持該溫度范圍。
按照預先設定的分層厚度，通過計算機控制活塞式成形缸的活塞相對 鋪粉平臺下降預先設定的鋪粉厚度高度，粉末供給裝置輸送出總量預先設 定的粉末，然后控制粉末鋪壓裝置將粉末送至所述活塞式成型缸上部空間 內并鋪平、壓實，多余粉末推入余料回收箱。
對所鋪粉末進行面掃描加熱，溫度控制區(qū)域所鋪粉末溫度由測溫儀測 定，并與粉末預先設定的溫度比較，經控制計算機控制，使得所鋪粉末溫 度始終保持在600 ± 5'C。
讀取掃描路徑，控制電子東能量，固定粉末金屬粉末固結分為兩次加 熱過程1、在相應于零件截面的粉末表面區(qū)域內進行預燒結，固定粉末； 2:、對金屬粉末進行燒結、熔化，使成形區(qū)域內粉末固結為一個層片，并 與前一個相鄰層片之間也發(fā)生固結。通過逐層疊加直至所有需要加工的層 面加工完畢，即得到三維零件。
其中，在零件整個加工成形的過程中，控制計算機控制基板下方電加 熱器及鋪粉平臺上方的紅外加熱器，加熱基板、表面粉末及零件，對零件 進行退火保溫處理。退火保溫后使成形零件自然冷卻，去除氣氛保護，取出成形零件并清 除其表面粉末及支撐。
最后，去除零件支撐，對成形零件作必要的加工，得到近形件。 通過本隨形退火熱處理的金屬零件制造工藝的實施，成形工藝始終保
持成形穩(wěn)定，殘余應力水平降低，成形零件尺寸精度大小200x200x160 隱3，公差±0. 8mm，致密度>99%,殘余應力平均± 150MPa左右。
本發(fā)明還能采用激光束隨形退火熱處理快速制造金屬零件，其與上述 使用電子東的實施例不同之處在于在進行金屬零件成形工序之前，首先 對成形室抽真空，再往成形室中充惰性氣體等，繼而使成形室處于保護性 氣氛狀態(tài)。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡 結構變換，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1. 一種可進行隨形退火熱處理的金屬零件制造工藝，該工藝包括首先根據所需成形零件的具體結構，進行支撐及溫度控制區(qū)域的初步設計，建立快速制造零件CAD模型并對其進行分層及掃描路徑規(guī)劃，再對成形室進行保護性氣氛或真空準備后進入成形工序，其特征在于在成形工序中，基板、每一層金屬粉末及零件均被加熱并保持在預設的隨行熱處理溫度，使零件成形的同時進行退火去應力，零件成形后自然冷卻。
2. 按照權利要求1所述的一種可進行隨形退火熱處理的金屬零件制造 工藝，其特征在于所述成形工序具體包括以下步驟步驟一、使基板升溫至隨行熱處理溫度； 步驟二、把金屬粉末填充鋪到活塞式成形缸內；步驟三、對所鋪成形區(qū)域內的金屬粉末進行加熱，并保持在隨行熱處 理溫度；步驟四、通過計算機讀取掃描路徑，并控制電子束或激光束能量，在 相應于零件截面的金屬粉末表面區(qū)域內進行加熱，使金屬粉末固結成層 片，并與前一個相鄰層片之間固結在一起。步驟五、對零件CAD模型的下一個截面重復以上步驟二至步驟四，直至所有需要加工的層面加工完畢，即得到成形零件。步驟六、待成形零件自然冷卻后，去除氣氛保護，取出成形零件并清 除其表面金屬粉末。步驟七、去除零件支撐，對成形零件作必要的加工，最后得到近形件。
3. 按照權利要求2所述的一種可進行隨形退火熱處理的金屬零件制造 工藝，其特征在于所述成形工序中步驟二的具體過程為第一、根據零件CAD模型預先設定的分層厚度，通過計算機控制活塞 式成形缸的活塞相對鋪粉平臺下降預先設定的鋪粉厚度高度；第二、粉末供給裝置輸送出總量預先設定的金屬粉末，然后控制粉末鋪壓裝置將金屬粉末送至所述活塞式成型缸上部空間內并鋪平、壓實，多 余金屬粉末推入余料回收箱。
4. 按照權利要求2所述的一種可進行隨形退火熱處理的金屬零件制造 工藝，其特征在于所述成形工序中步驟四的金屬粉末固結分為兩次加熱第一、對成形區(qū)域內的金屬粉末進行預燒結，固定粉末； 第二、對成形區(qū)域內的金屬粉末進行燒結或熔化，使成形區(qū)域內金屬 粉末固結為一個層片，并與前一個相鄰層片之間也發(fā)生固結。
5. 按照權利要求1、 2、 3或4所述的一種可進行隨形退火熱處理的金 屬零件制造工藝，其特征在于所述基板、金屬粉末和零件的隨行熱處理 溫度比所成形金屬材料的去應力退火溫度高0-8(TC。
6. 按照權利要求1、 2、 3或4所述的一種可進行隨形退火熱處理的金 屬零件制造工藝，其特征在于通過位于基板下方的電加熱器對基板加熱， 且所述電加熱器受計算機自動控制。
7. 按照權利要求1、 2、 3或4所述的一種可進行隨形退火熱處理的金屬零件制造工藝，其特征在于通過位于鋪粉平臺上方的紅外加熱器對金 屬粉末及成形零件進行面掃描加熱，且所述紅外加熱器受計算機自動控 制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可進行隨形退火熱處理的金屬零件制造工藝，該工藝包括首先根據所需成形零件的具體結構，進行支撐及溫度控制區(qū)域的初步設計，建立快速制造零件CAD模型并對其進行分層及掃描路徑規(guī)劃，再對成形室進行保護性氣氛或真空準備后進入成形工序，在成形工序中，基板、每一層金屬粉末及零件均被加熱并保持在預設的隨行熱處理溫度，使零件成形的同時進行退火去應力，零件成形后自然冷卻。本發(fā)明能減小高能束流掃描選定成形區(qū)域燒結所需能量及時間，并達到減小變形、降低應力的目的，提高零件成形的精度和質量。
文檔編號B22F7/00GK101417338SQ20081023260
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權日2008年12月5日
發(fā)明者劉海彥, 湯慧萍, 賀衛(wèi)衛(wèi), 賈文鵬, 瑜 黃 申請人:西北有色金屬研究院