CN111014886A - 一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法，将铝合金基板打磨后清洗除油干净并固定在工作台上，根据待成形盒体类零件侧壁的尺寸及分布，选择电弧增材成形所需的工艺参数，按照工艺参数在基板上电弧成形盒体类零件的侧壁，将成形零件进行热处理对零件整体进行机械加工，得到最终的成品。本发明相对于传统方法，材料利用率高，加工周期短，成形外观好，特别适宜品种多，批量小的航空航天电子产品盒体类零件快速高效制备。

Description

一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法
技术领域
本发明涉及增材制造领域，尤其是一种铝合金盒体类零件制造方法。
背景技术
铝合金具有密度低、导热性好等优点，在航空、航天电子通讯装备领域，铝合金盒体作为电子功能元器件的承载体具有十分广泛的应用，因功能与减重设计的需要，其结构通常为薄壁腔体类零件，材料一般选用5A06防锈铝。
目前铝合金盒体零件制造方法主要有精密数控加工、精密铸造以及精密塑性成形三种方法。精密铸造、精密塑性成形适合大批量单一零件的连续生产，但对零件成形工艺性有一定要求且需要设计并制造铸模、热压成型模具，成形精度相对较低，由于大多数航空航天电子产品具有品种多，批量小的特点，精密铸造、精密塑性成形方法成本较大，应用较少。精密数控加工使用整块铝合金板材进行机械加工，理论成形精度高，但材料利用率低(通常低于20％)，加工周期长，且大的切削去除量带来的较大残余应力容易引起薄壁变形。
电弧增材制造技术(WAAM)是基于离散堆积原理，采用焊机产生的电弧热量熔化丝材，根据三维模型由线到面再到体逐渐堆焊成形出金属零件的近净成形制造技术，该技术具有制造成本低、材料利用率和沉积效率高等优点，并可避免铝合金采用激光增材制造因反光率过高导致的缺陷问题，目前，该方法已有成功应用于大型铝合金构件制备的应用案例，但是，由于电弧热输入较大且堆焊过程中热场及应力分布十分复杂，电弧增材工艺参数的合理设置较为复杂，针对具体的不同尺寸、不同结构零件都需要在大量实验的基础上，总结出优化的工艺参数，进而形成稳定的成形工艺流程，现有电弧增材工艺成果更多关注于航空航天大型构件的制备，而针对电子领域广泛应用的铝合金合体类零件目前尚无成果发表。
因此，随着航空、航天电子通讯领域对装备研制生产周期日益严苛的要求，有必要针对铝合金盒体类零件的成形过程，开发一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件快速高效制造方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法。采用本发明可以大大提高材料利用率(利用率超过90％)，减少机加去除量，缩短加工周期，特别适宜品种多，批量小的航空航天电子产品盒体类零件快速高效制备。
在铝合金基板上采用电弧增材技术制备盒体类零件的侧壁，将成形后零件进行热处理以去除电弧制造过程的残余应力，达到稳定零件尺寸、提高零件塑性、改善零件加工性能的目的，随后采用机械加工的方式去除余量，加工零件到需要的尺寸。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
步骤一：将铝合金基板打磨后清洗除油干净并固定在工作台上；
步骤二：根据待成形盒体类零件侧壁的尺寸及分布，选择电弧增材成形所需的工艺参数，包括焊接速度(Trave Speed,TS)、送丝速度(Wire Feed Speed,WFS)、保护气体流量；
步骤三：按照工艺参数在基板上电弧成形盒体类零件的侧壁；在电弧成形过程中，根据盒体类零件侧壁在基板上的多边形投影形状，每一层路径的起弧收弧点分别由不同的多边形顶点承担；
步骤四：将成形零件进行热处理；将成形后零件进行低温去应力退火，退火温度240-270℃，保温时间2-3h；
步骤五：对零件整体进行机械加工，得到最终的成品。
优选的，所述步骤一中，基板采用400目砂纸打磨，在去除氧化膜的同时可获得有利于打底焊的表面粗糙度。
优选的，所述步骤一中，打磨后基板采用无水乙醇清洗，在除油的同时可避免对操作人员和环境的有害污染。
优选的，所述步骤二中，电弧增材成形选择脉冲冷金属过渡工艺(CMT+P)可显著降低增材过程热输入及焊渣飞溅，提高成形质量。
优选的，所述步骤二中，焊接速度(TS)为5-8mm/s，送丝速度(WFS)为3-5m/min，保护气体为纯度不低于99.99％的氩气，保护气体流量≥25L/min可减少气孔的产生并获得较好的成形外观。
优选的，所述步骤三中，在每一层路径电弧起弧前提前送气1s，收弧后延迟关气1.5s，有助于减少材料氧化。
优选的，所述步骤三中，在每一层路径完成增材后冷却10-15s再开始下一路径，有助于降低层间热量积累，使零件获得更好的成形外观与内部组织。
本发明的有益效果在于所采用的基于电弧增材技术的铝合金盒体类零件制造方法，相对于传统方法，材料利用率高，加工周期短，成形外观好，特别适宜品种多，批量小的航空航天电子产品盒体类零件快速高效制备。
附图说明
图1为实施例1的一种铝合金盒体零件示意图。
图2为实施例2的一种铝合金盒体零件示意图。
图3为本发明所述制造方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，如图3所示，步骤如下：
步骤一：将铝合金基板打磨后清洗除油干净并固定在工作台上；
步骤二：根据待成形盒体类零件侧壁的尺寸及分布，选择电弧增材成形所需的工艺参数，包括焊接速度(Trave Speed,TS)、送丝速度(Wire Feed Speed,WFS)、保护气体流量；
步骤三：按照工艺参数在基板上电弧成形盒体类零件的侧壁；优选的，所述步骤三中，在电弧成形过程中，根据盒体类零件侧壁在基板上的多边形投影形状，将每一层路径的起弧收弧点分别由不同的多边形顶点承担，能有效避免热积累，获得更好的成形外观。
步骤四：将成形零件进行热处理；将成形后零件进行低温去应力退火，退火温度240-270℃，保温时间2-3h；
步骤五：对零件整体进行机械加工，得到最终的成品。
优选的，所述步骤一中，基板采用400目砂纸打磨，在去除氧化膜的同时可获得有利于打底焊的表面粗糙度。
优选的，所述步骤一中，打磨后基板采用无水乙醇清洗，在除油的同时可避免对操作人员和环境的有害污染。
优选的，所述步骤二中，电弧增材成形选择脉冲冷金属过渡工艺(CMT+P)可显著降低增材过程热输入及焊渣飞溅，提高成形质量。
优选的，所述步骤二中，焊接速度(TS)为5-8mm/s，送丝速度(WFS)为3-5m/min，保护气体为纯度不低于99.99％的氩气，保护气体流量≥25L/min可减少气孔的产生并获得较好的成形外观。
优选的，所述步骤三中，在每一层路径电弧起弧前提前送气1s，收弧后延迟关气1.5s，有助于减少材料氧化。
优选的，所述步骤三中，在每一层路径完成增材后冷却10-15s再开始下一路径，有助于降低层间热量积累，使零件获得更好的成形外观与内部组织。
实施例1：
需制备的铝合金盒体零件如图1所示，长宽高分别为255×200×65mm，壁厚为3mm。选择尺寸为350×300×6mm的5A06铝板作为基板，将基板采用400目砂纸打磨去除氧化膜后，使用无水乙醇擦拭干净并水平固定在工作台上，采用
Figure BDA0002343942820000041
5B06铝合金焊丝，在基板上使用电弧增材成形零件侧壁，成形工艺选择脉冲冷金属过渡工艺(CMT+P)，焊接速度(TS)为5-8mm/s，送丝速度(WFS)为3-5m/min，保护气体流量不小于25L/min，在每一层路径电弧起弧前提前送气1s，收弧后延迟关气1.5s，层间停顿10-15s，成形后将零件进行低温去应力退火，退火温度240±10℃，保温2-3h，随后将零件整体进行机械加工，去除余量，最后达到图纸要求，得到成品。
实施例2：
需制备的铝合金盒体零件如图2所示，长宽高分别为194×150×50mm，壁厚为3mm。选择尺寸为300×250×6mm的5A06铝板作为基板，将基板采用400目砂纸打磨去除氧化膜后使，使用无水乙醇擦拭干净并水平固定在工作台上，采用
Figure BDA0002343942820000042
5B06铝合金焊丝，在基板上使用电弧增材成形零件侧壁，成形工艺选择脉冲冷金属过渡工艺(CMT+P)，焊接速度(TS)为5-8mm/s，送丝速度(WFS)为3-5m/min，保护气体流量不小于25L/min，在每一层路径电弧起弧前提前送气1s，收弧后延迟关气1.5s，层间停顿10-15s，成形后将零件进行低温去应力退火，退火温度240±10℃，保温2-3h，随后将零件整体进行机械加工，去除余量，最后达到图纸要求，得到成品。
以上对本发明的两个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一：将铝合金基板打磨后清洗除油干净并固定在工作台上；
步骤二：根据待成形盒体类零件侧壁的尺寸及分布，选择电弧增材成形所需的工艺参数，包括焊接速度(Trave Speed,TS)、送丝速度(Wire Feed Speed,WFS)、保护气体流量；
步骤三：按照工艺参数在基板上电弧成形盒体类零件的侧壁；在电弧成形过程中，根据盒体类零件侧壁在基板上的多边形投影形状，每一层路径的起弧收弧点分别由不同的多边形顶点承担；
步骤四：将成形零件进行热处理；将成形后零件进行低温去应力退火，退火温度240-270℃，保温时间2-3h；
步骤五：对零件整体进行机械加工，得到最终的成品。
2.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法，其特征在于：
所述步骤一中，基板采用400目砂纸打磨。
3.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法，其特征在于：
所述步骤一中，打磨后基板采用无水乙醇清洗。
4.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法，其特征在于：
所述步骤二中，电弧增材成形选择脉冲冷金属过渡工艺(CMT+P)。
5.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法，其特征在于：
所述步骤二中，焊接速度(TS)为5-8mm/s，送丝速度(WFS)为3-5m/min，保护气体为纯度不低于99.99％的氩气，保护气体流量≥25L/min。
6.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法，其特征在于：
所述步骤三中，在每一层路径电弧起弧前提前送气1s，收弧后延迟关气1.5s。
7.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材的铝合金盒体类零件制造方法，其特征在于：
所述步骤三中，在每一层路径完成增材后冷却10-15s再开始下一路径。
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