[发明专利]一种薄壁夹层冷却结构激光选区熔化成形及后处理方法

权利要求书

1.一种薄壁夹层冷却结构激光选区熔化成形及后处理方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)根据增材制造技术建立薄壁夹层冷却结构的三维模型；

(2)在模型处理软件中，将步骤(1)中建立的三维模型的小端向上摆放；

(3)截取模型中的局部件进行成形和后处理试验，根据液流结果对模型进行迭代优化，得到的薄壁夹层冷却结构身部三维模型；

步骤(3)的具体方法为：

步骤3.1，使用建模软件在薄壁夹层冷却结构的顶部、喉部和底部分别提取特征局部件模型；

步骤3.2，修改特征局部件中的夹层冷却通道结构的肋宽、肋高和通道宽度，建立肋宽为1.0mm～2.5mm、肋高为2.0mm～4.0mm、尺寸呈0.1mm递增的系列冷却通道尺寸模型；

步骤3.3，对系列夹层冷却通道尺寸模型进行激光选区熔化成形，得到实物后，再采用化学抛光试剂对冷却通道进行抛光处理，在0.5MPa的压力下进行液流试验，获得满足液流试验要求的结构模型及化学抛光后处理工艺参数；

步骤3.4，对化学抛光后的冷却通道尺寸进行测量，通过力学计算，获得最优的冷却通道结构尺寸模型；

步骤3.5，根据步骤3.3和步骤3.4的结果对步骤(1)中获得的三维模型进行修改，获得最终的薄壁夹层冷却结构身部三维模型；

(4)根据步骤(3)中确定的三维模型，添加回转体内壁随形点阵支撑和外壁支撑；

步骤(4)中，回转体内壁随形点阵支撑用于防止内壁(2)变形，点阵胞元的尺寸随内壁(2)的回转半径呈线性变化，点阵胞元的尺寸最小不小于2mm；点阵胞元尺寸和回转半径关系公式为：

L＝R/(ksinα)；

其中，L为点阵支撑的胞元尺寸，R为内壁(2)的回转半径，k为常数，α为回转体内壁沿轴向切线与水平面的夹角；

(5)在惰性气体环境中，按照步骤(4)得到的带支撑的三维模型进行激光选区熔化成形，得到带有基板和支撑的薄壁夹层冷却结构构件；

(6)对步骤(5)中得到的带有基板和支撑的薄壁夹层冷却构件的内腔粉末进行清理，并进行灌蜡保护；

(7)采用机械加工和手工打磨的方法去除步骤(6)中灌蜡保护的薄壁夹层冷却结构构件的外壁支撑，然后采用电火花线切割分离基板和薄壁夹层冷却结构构件，之后再采用机械加工去除内壁随形点阵支撑和加工端面，再进行脱蜡处理；

(8)对步骤(7)得到的去除外部支撑的薄壁夹层冷却结构构件进行热处理和表面光整，得到薄壁夹层冷却结构；

步骤(8)中，表面光整方法为化学抛光，抛光液为盐酸、硝酸、氢氟酸的混合溶液，抛光液在额定0.1MPa压力下在薄壁夹层冷却结构构件中均匀流动，抛光时间30～35min。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁夹层冷却结构激光选区熔化成形及后处理方法，其特征在于：所述的薄壁夹层冷却结构包括内壁(2)、外壁(1)、肋壁(3)、出口集液环(4)和入口集液环(5)，外壁(1)两端分别设置出口集液环(4)、入口集液环(5)，肋壁(3)处于内壁(2)和外壁(1)之间，肋壁(3)呈直通式或螺旋倾角式两种结构，内外壁厚均不超过5mm，冷却通道为长径比超过100的流道。

3.根据权利要求1或2所述的一种薄壁夹层冷却结构激光选区熔化成形及后处理方法，其特征在于：步骤(1)中，根据薄壁夹层冷却结构的结构强度、液流性能，消除薄壁夹层冷却结构模型中存在的连接结构和焊缝，并进行增材制造方法进行修改，获得薄壁夹层冷却结构，再导出STL格式三维模型，导出精度优于0.008mm。

4.根据权利要求3所述的一种薄壁夹层冷却结构激光选区熔化成形及后处理方法，其特征在于：步骤(5)中，激光选区熔化成形的参数为：激光功率为280～320W，扫描速度为800～1100mm/s，线间距为0.10～0.13mm，光斑直径为90～110μm，铺粉层厚为0.03～0.06mm，相位角为67°。

5.根据权利要求4所述的一种薄壁夹层冷却结构激光选区熔化成形及后处理方法，其特征在于：步骤(6)中，采用0.6Mpa～0.8Mpa的压缩空气配合多轴超声振动平台对成形的构件内腔进行粉末清理；蜡的蜡液成分为50％石蜡和50％硬脂酸，灌蜡温度为60℃～70℃。