CN111328303A - 用于由高强度合金材料制造结构构件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由高强度合金材料制造具有不同的构件区段的结构构件(9)的方法,所述方法规定,将待生成的结构构件(9)划分为至少两个在结构构件的后来使用中在其要求配置方面不同的构件区段,其中,一个构件区段在结构构件(9)的使用中必须满足在所出现的载荷方面较高的要求配置,并且至少一个其它构件区段(8)必须满足较低的要求配置,在第一制造步骤中,为了生成具有较高要求的构件区段,通过体积成型使坯件(2)区域性地形成接近于最终轮廓的或者呈现最终轮廓的形状,在至少一个接下来的步骤中,在至少一个经过了体积成型步骤尚未形成其接近于最终轮廓或者呈现最终轮廓的形状的、作为用于构造至少一个具有较低要求配置的构件区段(8)的基底的表面区域上,布置与所述构件区段相应的、形式为预制部件的立体结构并且使所述立体结构与坯件材料接合式地接合,和/或将所述构件区段通过生成式制造方法施加在坯件的规定的表面区域上,以便也使体积成型的构件区段的这个区域形成更接近于最终轮廓的形状并且接下来通过一个或多个步骤使以此方式制造的半成品作为完成的预成型件(7)形成其最终轮廓。

Description

用于由高强度合金材料制造结构构件的方法
本发明涉及一种用于由高强度合金材料制造具有不同的构件区段的结构构件的方法。
具有不同的构件区段的结构构件是本身被结构化且原样参与或者能够参与较大结构的构造的部件。这种结构构件是一体件式的并且例如使用在航空航天技术中,例如作为肋、舱壁、用于机翼盖的导轨和类似结构。为此使用高强度合金材料,如最高强度的铝材料或者钛材料。由钛材料制造的结构构件越来越多地代替由最高强度的铝合金制造的结构构件,因为铝合金在与碳纤维增强的塑料构件接触时容易腐蚀。在飞机中越来越多地使用碳纤维增强的塑料构件。这种由钛材料制造的结构构件通过对锻造的预成型件的切削加工而制造。在此,由于较低的工艺温度和较低的设备耗费,相比在合金的β范围内的精确等温锻造,在(α+β)范围内的锻造是更优选的。由于所述材料的较高成型阻力(原则上也适用于其它高强度合金材料、例如镍基合金和钴基合金),需要通常非常大的加工余量,因为锻造工艺整体地作用在工件上。在结构构件设计得越来越复杂的背景下,在制造这种结构化的结构构件时的工具成本、工具磨损和易出错性提高。出于此原因,将最终轮廓的构造转移到之后的切削工艺中,这最终又导致材料利用率有时只有原始使用的材料的40%或者更少、在一些构件中只有约10%。除了较高的切削耗费之外,较小的材料利用率也提高了所制造的结构构件的价格。
已知用于制造某些物件的生成式方法。与前述用于制造结构构件的方法不同,通过用生成式的制造方式制造这种结构构件,能够优化材料利用。然而问题是,通过生成式方法制造的物件的机械承载能力在很多情况下不能满足所期望的承载要求。由DE 10 2014012 480 B4已知一种用于制造涡轮机的叶片***的方法。在这种方法中,在预制的叶片支架上通过生成式的制造方式构造各个单独的叶片。叶片支架指的是传统的具有圆形基面和轴向的轴承孔的叶片支架类型。因此,在这种预先已知的方法中使用生成式的制造方式,以便能够制造叶片***的叶片的有时比较复杂的几何形状。
类似的方法由DE 10 2006 049 216 A1已知。这个在现有技术中公开的方法用于制造涡轮机转子,其中,涡轮机转子为了空气冷却而具有内部的通道***。在这种方法中,通过生成式的制造方法生成涡轮机转子的至少一个区段。按照优选的实施例,整个涡轮机转子通过生成式的制造方式制造。
生成式的制造方法也用于通过施加材料来增强构件的例如载荷更高的位置。这种增强能够以在表面上具有完全不同的厚度的肋、网或者面状元件的形式进行。这种生成式制造的构件区段只用于增强目的。
在这些预先已知的方法中,生成式的制造方式适用于制造某些尤其具有以下几何形状的构件,所述几何形状不能通过其它制造方法制造或者只能以更高的耗费通过其它制造方法制造,并且生成式的制造方式也适用于制造单件或者小批量部件。在此,只有以下的构件区段生成式地制造,所述构件区段不能通过传统的制造步骤制造或者只能以不合理的耗费通过传统的制造步骤制造。
因此,由所讨论的现有技术出发,本发明所要解决的技术问题在于,建议一种用于由高强度合金材料、例如钛合金制造具有不同结构的结构构件的方法,通过所述方法不仅能够在使用一个锻造步骤的情况下制造这种结构构件,而且至少在很大程度上避免了之前针对现有技术说明的缺点。
所述技术问题按照本发明通过本文开头提到的按本发明所述类型的方法解决,其中,
-将待生成的结构构件划分为至少两个在结构构件的后来使用中在其要求配置(Anforderungsprofil,或称为测试要求或要求特征)方面不同的构件区段,其中,一个构件区段在结构构件的使用中必须满足在所出现的载荷方面较高的要求配置,并且至少一个其它构件区段满足较低的要求配置,
-在第一制造步骤中,为了生成具有较高要求的构件区段,通过体积成型使坯件区域性地形成接近于最终轮廓的或者呈现最终轮廓的形状,
-在至少一个接下来的步骤中,在至少一个经过了体积成型步骤尚未形成其接近于最终轮廓或者呈现最终轮廓的形状的、作为用于构造至少一个具有较低要求配置的构件区段的基底的表面区域上,布置与所述构件区段相应的、形式为预制部件的立体结构并且将所述立体结构与所述坯件材料接合式地接合,和/或将所述构件区段通过生成式制造方法施加在坯件的规定的表面区域上,以便也使体积成型的构件区段的这个区域形成更接近于最终轮廓的形状并且
-接下来通过一个或多个步骤使以此方式制造的半成品作为完成的预成型件形成其最终轮廓。
在此实施方式的范围内使用的术语“结构构件”理解为任何这样的构件,所述构件具有多个、尤其是不同的形式为构件区段的结构并且因此本身相结合。这种结构构件通过各个单独的构件区段的总和获得其最终的结构。这种结构构件的至少一个作为构件区段或者核心部段提到的结构通过体积成型(Massivumformen)而形成。至少一个其它构件区段或者单独地制造并且与通过体积成型制造的构件区段通过材料接合式的连接而相连,或者所述其它构件区段通过生成式的制造方法施加在体积成型的构件区段上并且以此方式成型在这个构件区段上。因此,所使用的术语“结构构件”理解为这样的构件,所述构件在狭义上是结构构件并且因此参与或者能够参与更大结构的构造,如肋、型材或者舱壁或者其它作为飞机部件的构件,或者也可以是其它结构化的结构构件,它们不被用于构造更大的结构,例如旋转体、如用于涡轮机的叶轮或者类似构件。
尽管按照按本发明方法制造的结构构件最终是一体件式的、如针对高载荷的结构构件所期望的那样,但某些构件区段、即结构构件的各个单独的结构(构件区段)原则上彼此独立地制造。因此,每个构件区段可以通过这样的方法制造,所述方法能够与情况相应地、尤其是成本低廉地或者也在其性能方面实现对这个构件区段提出的要求。这不意味着每个构件区段必须使用提供所期望的性能的最佳情形的制造方法制造。而是处于这种背景中,即由于多件式的制造,不同于单件式制造的这种结构构件,各个单独的构件区段只需要满足较低的要求并且因此可以通过其它的、大多成本更低廉或者能够更简单地进行的制造工艺生成。因此,这些与第一构件区段即核心部段分开制造的其它构件区段可以是铸件、锻造件、通过生成式方法制造的部件或者类似部件。此外,一个或多个这些其它构件区段可以通过生成式制造方法制造,即通过使用第一构件区段作为基底,一个或多个其它构件区段通过这种生成式制造方法直接生成在所述基底上。
因此,将这种通过不同的构件区段结构化的结构构件划分为其构件区段,其中,在按规定地使用结构构件时至少对核心部段的要求与对其它构件区段的要求是不同的。因此,两个构件区段之间的接口原则上不通过待生成的结构构件的各个单独结构的几何形状产生,而是通过对不同构件区段提出的不同要求产生。
第一构件区段即核心部段通过体积成型制造。通过体积成型能够制造具有较高的动态和静态强度特性的核心部段。作为体积成型工艺原则上考虑挤压成型、环形滚压或者锻造。通常在升高的温度下进行体积成型。
以此方式制造的具有不同构件区段的结构构件是通常不同的制造或者成型工艺的成果,其中,原则上通过使用不同的工艺路径制造结构构件的不同构件区段,因此这种结构化的结构构件在其制造方面可以称为混合结构构件。在此重要的是,在真正制造这种结构构件之前,首先定义不同的构件区段,其中,所述构件区段通过对这些构件区段分别提出的要求配置区分开,例如关于对各个单独的构件区段提出的机械上的要求配置。对构件区段的这种要求配置在结构构件的使用或者说应用中首先涉及在机械载荷方面的要求配置,例如强度、硬度、抗疲劳强度等。因此可以对于结构构件规定,中央构件区段即核心部段必须满足更高的机械载荷,而其它的、成型在所述中央构件区段上的构件区段只需要满足较低的机械要求配置。具有较高的、尤其是机械上的要求配置的构件区段通过体积成型、如锻造被成型为接近于最终轮廓或者呈现最终轮廓,无论如何成型到这个程度,使得在必要时用于调节形成最终轮廓而需要切削地去除的材料尽可能少。在这种结构构件中,这些构件区段通常是核心部段。在这个通过体积成型而成型的核心部段上成型至少一个构件区段;通常在这种核心部段上成型多个构件区段,在结构构件的后来使用中只有较小的机械载荷作用在这些构件区段上。因此,这些构件区段只需要满足较低的要求配置。所述一个或多个其它的构件区段可以通过生成式制造方法施加或者成型在核心部段的外周面的区域上。在此可以指的是凸起如连接点、肋、用于构件如传感器的容纳部或者类似的结构。这些例如通过生成式制造方法生成的构件区段可以具有局部延伸部或者也可以在周向上既沿核心部段的横向也沿纵向在该延伸部的整体或者一部分上成型。这些构件区段大多使得这种结构构件具有形状复杂性。例如通过生成式施加高强度合金材料也可以在没有较大加工余量的情况下产生复杂的几何形状,尤其也可以产生通过作为对结构构件的示例性体积成型工艺的锻造不能作为整体成型的几何形状、例如侧凹的区段。就此而言,锻造的构件区段的外周面的某些区域形成基底,增材式地制造的构件区段在所述基底上产生。
所述一个或多个其它的构件区段也可以单独地并且因此与核心部段分开地制造并且在下一个步骤中为了构造所期望的单构件式的结构构件而与核心部段材料接合式地接合。核心部段与这种其它的构件区段之间的机械连接也可以在不附加地使用固定件的情况下实现,尤其是在通过连接工艺将两个部件至少区域性地相互冷焊接的情况下。
如果在这种结构构件中除了核心部段之外设置不同的构件区段,则这些构件区段也可以在不同的工艺路径上制造并且连接在核心部段上。因此例如可行的是,根据需要构造为构件区段的结构和对其提出的要求,通过生成式制造方式产生一个或多个成型在核心部段上的构件区段,而其它连接在核心部段上的构件区段被单独地制造并且材料接合式地连接在核心部段上。
在定义需要成型在核心部段上的构件区段时,在结构构件的位置上确定核心部段与这种构件区段之间的接口,其中,核心部段不会由于构件区段的连接在对核心部段提出的要求方面受到不利影响。为此目的,核心部段可以具有从核心部段伸出的、例如形式为连接底座的过渡区,单独制造的构件区段随即连接在所述连接底座上或者在生成式地制造这种构件区段的情况下通过使用核心部段作为基底而施加所述单独制造的构件区段。这种连接底座的高度设计为,使得尽管用于连接构件区段或者用于施加构件区段所使用的热能影响连接底座中的组织(或者说微观结构),但不影响核心部段的其余组成部分。因此,核心部段不需要具有过盈,该过盈用于否则需要计算在内的、在待成型于其上的构件区段的连接区域内的组织改变。这减少了材料使用。
所认为的是,在这些实施方式的范围内首次在结构构件中在其制造之前关于在使用结构构件时作用在其不同区域上的要求配置来定义不同的构件区段,这些构件区段随即通过不同的制造方法产生。由此,按照本发明的方法与现有技术区分开,在现有技术中只关注构件区段的可制造性以决定是否生成式地或者以传统方式制造构件区段。
通过这种结构构件划分,也能够以不同的变体制造具有核心部段以及至少一个成型在核心部段上的构件区段的结构构件,其中,体积成型的、例如锻造的核心部段在不同的变体中是相同的部件并且通过一个或多个连接在其上的构件区段进行区分。这样设计的方法还将在以下说明。
在使用生成式制造方法制造至少一个其它构件区段的情况下、尤其当直接在核心部段上产生时,使用这样的生成式制造方法,其中通过输入能量使金属粉末或者金属线熔化。通常为了借助生成式制造方法生成用于这些区域的毛坯形状,由与核心部段一致的合金粉末或者合金线制造构件区段。为了构造由生成式制造方法形成的构件区段,也可以使用合金变体或者其它金属合金。在这种情况下需要注意的是,在基底与通过生成式方法施加在其上的材料之间存在按规定的接合连接。生成式的制造方法例如可以作为激光堆焊、电弧堆焊或者也可以通过电子束堆焊(只为了举出一些可行的方法)进行。借助一个或多个这种步骤,将经过了体积成型工艺尚未形成接近于最终轮廓或者呈现最终轮廓的形状的构件区段构造为接近于最终轮廓的形状。在接下来的通过一个或多个步骤进行的加工步骤中,可以使这些生成式地构造的构件区段形成其最终轮廓。在相同的加工步骤中,也可以使一个或多个接近于最终轮廓地体积成型的构件区段形成其最终轮廓。这些加工步骤例如可以是锻造步骤和/或切削加工,通过锻造步骤使生成式地产生的区域在一定程度上变形(或称为成型、改型)。通过只具有较小的变形程度的变形步骤,生成式制造的构件区段的组织针对接下来待执行的用于使组织均匀化的热处理被优化。此外,通过这种步骤改善了构件区段的压力承接。根据构件半成品的或者一个或多个需要形成其最终轮廓的构件区段的设计方案,切削加工例如可以是成型铣削、车削、钻孔或者类似的加工。这些措施的组合也是可行的,事后引入较小的变形程度同样是可行的。
在前述制造方法之后可以进行热处理,以便使体积成型的、例如锻造的构件区段以及通过生成式制造方法制造的构件区段的组织均匀化,和/或在前述制造方法之后可以进行冷成型,例如对形成其最终轮廓的结构构件进行拉伸或者镦锻。
在这种具有不同构件区段的、一体件式的、尤其用于航空航天技术的结构构件中,这种结构构件将体积成型的坯件的积极特性与通过生成式的或者单独的制造方法制造的构件在能够通过这些方法制造的复杂几何形状方面的特性相结合。尤其在通过生成式制造方法制造所述其它构件区段时,可以构造几何形状,所述几何形状本身不能通过作为体积成型工艺的锻造产生,也不能通过多次锻造产生,例如因为相对较长的流道或者这些几何形状纯粹地不能通过锻造产生、例如侧凹(Hinterschnitte)。这种结构构件在区域的划分方面通常被这样划分为通过体积成型、例如锻造成型的区域和通过其它制造方法构造的区域,使得结构构件的在使用结构构件时受到更高的、尤其是动态载荷的区域是体积成型的构件区段或者具有至少一个这种核心。在此充分利用了相对于这种载荷特别耐抗的体积成型组织。在此,锻造特别适合作为体积成型工艺,因为能够由此实现的组织(Gefüge)可以承受特别高的尤其是动态的缺陷。
在实现了本发明的技术方案的研究中,首先必须跳过普遍占主导地位的教导,即这种通过确定的几何形状结构化的结构构件必须由唯一的工件制造,以便满足对所述结构构件提出的要求。只有离开这种教导,才开启了将结构构件划分为具有不同要求配置的构件区段的路径,因此划分为核心部段和一个或多个待成型在核心部段上的构件区段,并且得到要求保护的方法的技术方案。由此,例如对于具有一个或多个加强筋或者说加强肋的结构构件,当这种肋的基面或者根部与邻接的核心部段共同通过体积成型、例如通过锻造来成型时,就足以实现所期望的强度特性。核心部段同时如前所述地是作为过渡区的连接底座。肋在其高度方面的真正构造通过待连接的构件区段实现,例如通过生成式制造方法,通常施加在基面或者根部上。相同地例如也适用于这种结构构件可以具有的特定几何形状的连接点的构造。大量其它设计方案是可以考虑的。
在根据所述方法制造的、具有多个构件区段的结构构件中,在至少一个构件区段连接在核心部段上(核心部段随即成为完成的预成型件)之后,结构构件才形成其最终轮廓。这可以在一个或者多个步骤中实现。使完成的预成型件形成最终轮廓的过程可能只涉及所述完成的预成型件的一些区段,通常是连接在核心部段上的构件区段,由此在保持非常窄的公差范围的情况下确保了成型在核心部段上的构件区段的尺寸精度并且也确保了构件区段向核心部段的过渡。
通过生成式制造方式产生的构件区段的连接可以在通过先前的体积成型步骤成型的底座上进行,所述底座的上侧形成基底表面。通过这种成型在核心部段上的底座,真正的核心部段作为应该承受更高的要求配置的要求的构件区段可以受到保护,以防由于生成式制造方法造成的热影响或者靠近表面的材料混合,因此在真正的核心部段中通过锻造形成的材料和组织特性不会或者无论如何不会明显地由于通常在局部实施的生成式制造步骤被改变。就此而言,对生成式制造步骤在其向锻造的核心部段中引入热量的方面进行控制,其中,成型在核心部段上的底座可以如前所述地对此做出贡献。此外,通过这种底座降低了过渡区域中的缺口敏感性。
在使用锻造工艺制造用作核心部段的构件区段的情况下,锻造步骤通常一级地进行。这包括在为了通风短暂地打开模具之后的再挤压。“一级”与之相关地表示成型在唯一的模具中进行。多级地实施的锻造步骤也是可行的,然而通常可以通过在由锻造成型的构件区段方面灵巧地设计结构构件和使用不同的制造方法制造至少一个其它构件区段而得到避免。因为通过所述步骤没有实现结构构件的整体造型,所以用于锻造的模具也没有受到过大的载荷(侵蚀),因此模具的使用寿命相应地更长。这也在批量制造中积极地影响在制造这种结构构件时需要保持的公差。
所述方法开启了以不同的变体(或称为变型方案)构造结构构件的可能性。不同变体的通用件通过体积成型、例如锻造工艺制造。因此,例如锻造的半成品在这种结构构件的所有变体中均为所述通用件,在所述通用件上,在用于形成变体的尚未接近于最终轮廓或者呈现最终轮廓地成型的区段中,通过生成式制造方法连接有与期望的变体相应的构件区段。用于连接构件区段的接口的布置和待连接的构件区段的造型均可以在各个单独的变体中是不同的。由此不仅可以减少材料使用,而且也更成本高效地执行整个制造链。
在这种混合制造的结构构件中,一个或多个承受载荷较少的并且例如通过生成式制造方法制造的构件区段可以为了降低重量以按照传统方式不能或者只能以过高耗费才能实现的方式方法优化。示例性地在此提到空心结构的设计。这种空心结构可以在不需要容忍由于对其提出的要求而在所述构件区段的承载能力方面有损失的情况下实施。结果是材料使用减少并且制成的结构构件的重量降低。更少的材料使用恰恰在具有相对较高的材料成本的结构构件中是特别有利的。
混合的制造方法也允许通过与核心部段的合金不同的合金在核心部段上构造构件区段。在此可以是指具有不同的合金元素组成的合金。就此而言,用于待连接在核心部段上的构件区段的材料可以特殊地关于在规定的使用中对结构构件的这个区域提出的要求进行选择。这种设计方案也在以下情况下是可行的,即一个或多个待连接在核心部段上的构件区段通过生成式制造方式直接形成于作为基底的核心部段上。
通过在需要由生成式制造方法产生的构件区段的构造中使用不同的材料组成,可以在其内部例如也产生材料梯度并且因此关于一个或多个强度参数产生梯度。这种构件也可以称为材料混合构件。
将生成式制造方法用于在锻造的半成品上产生构件区段或者单独地制造也允许了在半成品中嵌入由一种材料构成的晶粒或者粉末颗粒,它们具有特别的并且与待产生的合金无关的特性。因此,所述材料例如可以是这样的材料,其在用于使粉末颗粒熔化的熔点处蒸发,以便以此方式在结构构件的由此构造的构件区段中产生一定的多孔性。以此方式,当待产生的构件区段例如指的是应该成为轴承的一部分、例如轴套的构件区段时,也可以将固体润滑剂嵌入通过生成式制造方法制造的构件区段中。
当一个或多个其它构件区段生成式地构造在作为基底的核心部段上时,被视为有利的是,通常锻造的核心部段即基底的区域关于至少一个借助生成式制造方法待产生在其上的构件区段进行预处理并且为生成式制造工艺做准备。这例如可以是机械的预处理,例如用于增大基底的与待施加在基底上的材料的接触表面。生成式制造方法按照一个实施例指的是激光或者电子束堆焊。在这种情况下,基底表面可以在第一次施加需要通过激光或者电子束熔化的颗粒之前被照射处理,以便使所述表面区域粗糙,由此增大连接表面。这种步骤优选在即将开始堆焊以产生需要施加在基底表面上的区域之前进行,因为所述区域则也同时被预热以准备所述生成式制造步骤。只对基底的表面区域的相应加热也可以作为用于借助生成式制造方法接近于最终轮廓地构造这种区域的准备措施。单独地或者与两个前述预处理措施之一相结合地,也可以化学地预处理基底表面,以便例如去除表面污物或者从锻造模具中带出的润滑剂。
如果当在锻造的半成品上接近于最终轮廓地构造一个或多个通过生成式制造方法制造的构件区段之后应该通过锻造使所述构件区段形成其最终轮廓或者更接近于最终轮廓的形状,则可以将作为生成式制造方法的激光堆焊、电子束焊接或者电弧焊接产生的表面不规则处用作配油腔(Schmiertaschen),以便控制材料流。
在一个或多个其它构件区段的其它制造方式中,也可以对核心部段侧的连接面和/或其它构件区段的连接面进行预处理和/或预成型轮廓,以便辅助连接过程。预成型轮廓例如可以通过构造凹槽以产生更大的连接表面来实现,以便例如通过电子束焊接或者摩擦焊接辅助材料接合式的接合过程。
连接在完成的预成型件的构造之后的调节形成结构构件的最终轮廓的过程可以在一个或多个步骤中实现,通常通过切削加工实现。
按照一种设计方案,针对体积成型的坯件、例如锻造坯件使用钛合金,尤其是(α+β)钛合金,例如Ti-6Al-4V合金。
以下参照附图根据实施例描述本发明。在附图中:
图1示出附图序列,所述附图序列示出用于通过按照本发明的方法制造具有多个构件区段的结构构件的各个单独的制造步骤的结果;并且
图2示出按照另一种设计方案对其它结构构件的制造。
图1的附图序列在(1)中示出由作为示例性的高强度合金材料的Ti-6Al-4V合金制成的坯件1。所述坯件1指的是浇铸的条。在所示实施例中,使坯件1在第一步骤(2)中形成锻造预成型件2。在所示实施例中,浇铸坯件1被预锻造并且坯件1的一个区段相对于其余的区段以半径弯折了90度,因此在侧视图中锻造坯件设计为L形。坯件具有(α+β)组织。
为了准备所述锻造坯件2的锻造,所述锻造坯件被加热到其锻造温度、置入模具中并且锻造为在(3)中所示的预成型件3。通过锻造工艺,使锻造坯件2的较短的臂4形成四边形5。所述四边形在中间连接过渡区域的情况下连接在弧形区段上。在锻造坯件2的较长的臂中,通过锻造步骤在其长度延长的情况下开设了两个收缩部6、6.1。通过锻造生成的预成型件3在一些区段中已经接近于最终轮廓地成型。所述预成型件在所示实施例中是之后的结构构件的核心部段。所述核心部段是这样的构件区段,其必须比其它在以下描述的构件区段满足更高的机械要求配置。这在所示实施例中尤其在构件区段的动态承载能力方面适用。
需要由坯件1制造的结构构件具有相对于预成型件3明显更复杂的造型。为了生成所述更复杂的造型,在所示实施例中,在预成型件3的应该承载其它结构的区域中通过生成式的激光堆焊构造毛坯形状。不言而喻的是,也可以使用其它的堆焊方法。堆焊在引入的热量方面这样进行,使得引入核心部段中的热量在局部只是非常小的并且材料混合也只局限在基底的表面边缘区域中。在图1的步骤(4)中示出通过生成式的制造方式完成的预成型件7。通过生成式方法产生或者说构造的构件区段、即用于其它结构的毛坯形状通过附图标记8标出。在所示实施例中,通过生成式方法制造的区域8由与用来制造坯件1的合金相同的合金的合金粉末制造。在预成型件3的四边形臂5上,在对置的面上通过生成式制造方法构造了两个圆柱形的区域8。在预成型件3的较长的臂的外周面上,通过生成式方法构造了截锥形的立体结构。在所示实施例中,这些截锥形的立体结构的与预成型件3的外周面邻接的区段设计为空心体。生成式制造方法作为激光堆焊执行。
完成的预成型件7连同其通过所述生成式制造方法构造的构件区段8的最终轮廓造型在所示实施例中通过切削加工实现(参见步骤(5))。形成构件区段8的毛坯形状通过铣削形成其在(5)中示出的最终轮廓。在这个加工步骤中,所述完成的预成型件7的经过了锻造步骤没有成型为最终轮廓的区域也形成其最终轮廓。
结构构件9指的是虚构的结构构件。对于结构构件9重要的是,通过锻造的预成型件3成型的核心部段可以作为构件区段承受提高的机械载荷。因为结构构件9的L形状通过锻造成型,所以结构构件9的这个核心部段也毫无问题地满足对其提出的较高要求。由于对核心部段提出的要求配置,这也是该情况。通过生成式制造方法产生的构件区段8和由此通过成型铣削来形成最终轮廓的凸起在结构构件9的使用中不需要满足这些要求。它们也可以承受更高的载荷,但不需要满足结构构件9在其L形的预成型件的区段中必须满足的载荷要求。如果像在预先已知的方法中的情况那样,结构构件9通过锻造预成型件和接下来的切削加工而制造,则结构构件只能以较低的材料利用率实现,这不只更耗费,而且成本也更高。
在进行前述制造步骤之前,将结构构件9关于其机械要求配置划分为不同的构件区段,也就是作为第一构件区段的通过预成型件3形成的核心部段和成型在第一构件区段上的第二构件区段8,第一构件区段必须满足更高的要求配置,第二构件区段不需要满足这种高的要求配置。
在使结构构件9形成其最终轮廓之后,结构构件被热处理以使组织均匀化。
所述实施例的结构构件9指的是多个变体之一,所述变体通过由生成式制造方法构造的构件区段8的数量区分开。所示的结构构件9指的是多个变体中的这个变体,其将所有可能的、在凸起数量方面不同的变体相结合或者说集于一体。因此,在附图中未示出的另一变体在较短臂的四边形5上只具有唯一一个通过生成式制造方法施加的构件区段8和通过成型铣削形成最终轮廓的凸起。在又一变体中,结构构件9的这个臂不具有凸起。其它的变体在于成型在较长臂上的凸起的不同设计。
在这种设计中特别有利的是,所有的变体可以在同一个生产线上通过同一个模具制造。
图2示出与图1的附图序列相应的附图序列,显示了另一个结构构件9.1的混合制造。在图2的制造方法中,在将结构构件关于其要求配置划分为多个构件区段之后,执行与之前在图1的实施例中阐述过的步骤(1)至(5)。出于此原因,相同的特征或者部件通过相同的、补充了“.1”的附图标记表示。结构构件9.1本身也与图1中的前述结构构件9非常相似。在图2的实施例中的坯件1.1由与图1的实施例的坯件1相同的钛合金制造。结构构件9.1与结构构件9的区别在于其结构化,因为与结构构件9不同,凸起和相应地通过生成式制造方式生成的构件区域8.1、8.2不是彼此对置地布置。此外,结构构件9.1与结构构件9的区别在于锻造的预成型件3.1的造型。通过锻造工艺提供分别从预成型件3.1的核心部段伸出的底座10,用于形成根部区域或者过渡区域。底座10也可以称为连接底座。底座10的上侧是基底表面,需要生成式地制造的构件区段8.1、8.2施加在所述基底表面上。为了制造完成的预成型件7.1,通过生成式制造方法在所述底座10上施加材料。通过为了生成结构构件9.1的最终轮廓而执行的成型铣削步骤,如尤其在成型于四边形臂上的凸起处进行的那样,同样去除了凸肩的部分。在锻造的完成的预成型件7.1的这种设计方案中有利的是,生成式地施加的材料的连接结构与锻造的预成型件在其核心中的纤维走向相间隔。
在这种实施例中,构件区段8.2设计为空心体,如通过这个构件区段8.2在图2的步骤(4)和(5)中的剖视图示出的那样。
在将结构构件9.1构造为其最终轮廓之后,结构构件同样被热处理并且以较低的变形程度被变形。
在备选的工艺顺序中,在图2中示出的结构构件也可以通过以下方式制造,即在针对步骤(4)所述的用于产生构件区段8.1、8.2的生成式制造工艺的位置处,构件区段8.1、8.2被单独地、例如同样通过生成式制造方法或者也可以通过其它的制造方法、例如锻造工艺制造并且随即连接在通过底座10提供的连接面上,通常通过电子束接合或者摩擦焊接连接。以此方式也在这种方法设计方案中在接下来的步骤中使完成的预成型件的尚未处于其最终轮廓的区域或者区段形成其最终轮廓。
前述实施例用于阐述本发明。在不离开有效的权利要求的范围的情况下,对于本领域技术人员形成了大量其它的实现本发明的可能性,而这不需要在本说明的范围内单独地阐述。
附图标记清单
1、1.1 坯件
2 锻造坯件
3、3.1 预成型件
4 臂
5 四边形
6、6.1 收缩部
7、7.1 完成的预成型件
8、8.1、8.2 构件区段
9、9.1 结构构件
10 底座

Claims (14)

1.一种用于由高强度合金材料制造具有不同的构件区段的结构构件(9、9.1)的方法,其特征在于,
-将待生成的结构构件(9、9.1)划分为至少两个在结构构件的后来使用中在其要求配置方面不同的构件区段,其中,一个构件区段(3、3.1)在结构构件(9、9.1)的使用中必须满足在所出现的载荷方面较高的要求配置,并且至少一个其它构件区段(8、8.1、8.2)必须满足较低的要求配置,
-在第一制造步骤中,为了生成具有较高要求的构件区段(3、3.1),通过体积成型使坯件(2)区域性地形成接近于最终轮廓的或者呈现最终轮廓的形状,
-在至少一个接下来的步骤中,在至少一个经过了体积成型步骤尚未形成其接近于最终轮廓或者呈现最终轮廓的形状的、作为用于构造至少一个具有较低要求配置的构件区段(8、8.1、8.2)的基底的表面区域上,布置与所述构件区段相应的、形式为预制部件的立体结构并且使所述立体结构与所述坯件材料接合式地接合,和/或将所述构件区段通过生成式制造方法施加在所述坯件的规定的表面区域上,以便也使体积成型的构件区段的这个区域形成更接近于最终轮廓的形状并且
-接下来通过一个或多个步骤使以此方式制造的半成品作为完成的预成型件(7、7.1)形成其最终轮廓。
2.按权利要求1所述的方法,其特征在于,具有较高要求配置的构件区段(3、3.1)的要求配置与具有较低要求配置的一个或多个构件区段(8、8.1、8.2)的要求配置在相应的机械承载能力上有所不同。
3.按权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述结构构件(9、9.1)由钛合金、铝合金、钴基合金或者镍基合金制造。
4.按权利要求1至3之一所述的方法,其特征在于,生成具有较低要求配置的构件区段的所述生成式制造方法作为激光堆焊在使用固体颗粒或者线材的情况下进行。
5.按权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,针对用于构造具有较低要求配置的构件区段的生成式制造步骤,使用与用来制造坯件(2)的合金相同的合金。
6.按权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,针对用于构造具有较低要求配置的构件区段的生成式制造步骤,使用与坯件的合金不同的合金。
7.按权利要求1至6之一所述的方法,其特征在于,为了将经过了锻造步骤尚未接近于最终轮廓或者呈现最终轮廓地成型的构件区段构造为接近于最终轮廓,进行多个生成式制造步骤。
8.按权利要求7所述的方法,其特征在于,在两个生成式制造步骤之间,通过锻造将生成式地形成的构件区段成型为更接近于最终轮廓的形状,并且接下来的生成式制造步骤在之前的制造步骤的经成型的材料上进行。
9.按权利要求1至8之一所述的方法,其特征在于,在进行生成式制造步骤之前,针对生成式制造步骤预处理基底的施加表面。
10.按权利要求1至9之一所述的方法,其特征在于,通过锻造和/或通过切削加工使完成的预成型件的接近于最终轮廓的构件区段(8、8.1)形成其最终轮廓。
11.按权利要求1至10之一所述的方法,其特征在于,所述坯件(1、1.1)通过作为体积成型步骤的锻造生成。
12.按权利要求3至11之一所述的方法,其特征在于,作为钛合金使用(α+β)钛合金。
13.按权利要求12所述的方法,其特征在于,作为钛合金使用Ti-6Al-4V合金。
14.按权利要求1至13之一所述的方法,其特征在于,作为结构构件(9、9.1)制造所述结构构件的多个变体之一,其中,通过用于构造坯件的体积成型的步骤,将所述坯件制造为用于多个变体的通用件,并且通过一个或多个在预设位置处连接在所述坯件上和/或通过生成式制造形成的构件区段(8、8.1、8.2)来实现变体的形成。
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