[发明专利]一种微铸激光冲击织构的金属零件制造系统及方法

说明书

本发明公开了一种微铸激光冲击织构的金属零件制造系统及方法，属于金属零件制造领域，该系统包括微铸模块、激光冲击织构模块、五轴联动工作台和控制装置，其中微铸模块与激光冲击织构模块通过机床主轴相连，五轴联动工作台的双轴变位机构位于所述微铸模块和激光冲击织构模块下方，其用于放置待成形金属零件，控制装置包含检测装置，并分别与微铸模块、激光冲击织构模块和五轴联动工作台相连。本发明采用微铸与激光冲击织构工艺复合进行金属零件加工制造，可解决增材制造金属零件时存在的内部缺陷、组织性能差、强韧性等力学性能差的问题，适合高性能复杂构件的加工。

技术领域

本发明属于金属零件制造领域，更具体地，涉及一种微铸激光冲击织构的金属零件制造系统及方法。

背景技术

金属零件的传统制造工艺主要是通过铸造或锻造，结合车削、铣削、磨削等机械减材加工得到满足质量和精度要求的零件，但是存在加工周期长、材料利用率低、制造成本高等问题。

增材制造技术基于离散-堆积-控制原理采用材料逐层累加的方法制造零件，金属增材制造技术无需模具，可以根据零件三维模型直接成形，具备效率高、成本低等特点。因其无约束复杂几何边界与移动热源快速加热/急冷凝固的交互作用，造成热力学条件呈不确定复杂变化，导致晶粒生长与组织形态尺寸分布的不确定性和低可控性，导致大型件成形精度不高、动载荷力学性能指标难以达标，从而影响制件性能的稳定可靠性。

针对上述问题，现有研究采用增材制造与轧制挤压工艺，从而提高金属零件打印后的组织性能和表面质量。例如，目前采用的一种锤击强化电弧增材制造铝镁合金结构件的方法，其通过在与熔融软化的区域相接触处安装微型锤击装置，调整锤头中心与焊道中心至重合，按照成型路径行走锤击，进行压缩成形与加工，从而降低零件气孔率，但是，该工艺无法改善零件的组织分布不均匀，组织性能差等缺陷，对于零件承力部位的性能无法保证。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种微铸激光冲击织构的金属零件制造系统及方法，由此解决目前增材制造零件内部缺陷难以避免，组织均匀性影响整体性能的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微铸激光冲击织构的金属零件制造系统，包括微铸模块、激光冲击织构模块、五轴联动工作台和控制装置；

其中，所述微铸模块与所述激光冲击织构模块通过机床主轴相连；所述五轴联动工作台用于放置待成形金属零件；

加工时，所述微铸模块与所述激光冲击织构模块在所述控制装置的协调控制下完成切换和工作，以逐层进行熔融沉积和激光冲击织构，并在预设的结构设计下，在气氛室内的保护气包裹下完成所述待成形金属零件的复合加工制造。

优选地，所述微铸模块包括依次相连的送料机构、热源、送料管道、第一固定架和喷嘴；

加工时，所述送料机构将金属原材料送入所述热源中获得熔融的金属，所述熔融的金属通过置于所述第一固定架中的所述送料管道通过所述喷嘴逐层沉积于所述五轴联动工作台上得到半凝固金属。

优选地，所述激光冲击织构模块包括第二固定架和激光头；

所述激光头位于所述第二固定架的下端；

加工时，所述熔融的金属每沉积一层得到半凝固金属后，所述激光头对所述半凝固金属进行激光冲击织构。

优选地，所述五轴联动工作台包括水平工作台、双轴变位机构和机床主轴，所述水平工作台上安装有基板，所述基板用于放置所述待成形金属零件，所述机床主轴可沿三个维度方向移动；所述双轴变位机构安装在所述水平工作台下方，用于使所述水平工作台沿两个方向轴向旋转。

优选地，所述系统还包括与所述控制装置相连的在线检测装置；