本發(fā)明屬于扇形封嚴(yán)塊制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊制備方法。

背景技術(shù)：

隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，對航空發(fā)動機(jī)的推重比和低油耗要求越來越高，發(fā)動機(jī)的壓比和溫度都不斷升高，內(nèi)流系統(tǒng)的泄漏量越來越大，由此而造成的發(fā)動機(jī)性能的損失也越發(fā)明顯。

采用合適的氣路封嚴(yán)技術(shù)，減少壓氣機(jī)渦輪葉尖與機(jī)匣間隙，是提高發(fā)動機(jī)效率的重要手段。扇形封嚴(yán)塊是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)低壓渦輪部件的重要件，其長期受高溫高壓燃?xì)獾臎_刷作用，若冷卻效果不佳，將增大內(nèi)流系統(tǒng)的泄漏量，或造成封嚴(yán)涂層剝落，從而降低燃?xì)廨啓C(jī)的工作效率。

目前扇形封嚴(yán)塊的主要冷卻方式為冷卻氣流通過封嚴(yán)塊背板帶走熱量的方式。然而這種冷卻方式效果十分有限。點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)具有較高的表面積，且能通過金屬桿單元和內(nèi)部連通結(jié)構(gòu)的流體對流傳熱，具有十分良好的主動傳熱特性，因此，采用點(diǎn)陣這種新型的、高效的冷卻結(jié)構(gòu)，將大幅度提高扇形封嚴(yán)塊的隔熱和冷卻性能。

扇形封嚴(yán)塊主要采用沖壓成形工藝制造，但對于帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊，采用沖壓成形工藝無法制造，因此開發(fā)一種具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊的制備方法至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述困難，本發(fā)明提供了一種利用激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制備帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊制備方法。

采用激光選區(qū)熔化快速成型技術(shù)制備具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)由點(diǎn)陣單元組成，每個點(diǎn)陣單元呈四面體或金字塔或kagome構(gòu)型，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)完全覆蓋扇形封嚴(yán)塊背板，制備過程包括以下步驟：

建立具有點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊的三維cad模型；

根據(jù)點(diǎn)陣單元中的桿件的方向設(shè)計(jì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)扇形封嚴(yán)塊成形方向，確保點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中所有桿件與成形面的夾角≥45°，所有桿件均不添加成形輔助支撐；

根據(jù)步驟(2)中所確定的點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)扇形封嚴(yán)塊成形方向以及扇形封嚴(yán)塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對扇形封嚴(yán)塊中不能滿足自支撐的部位，添加成形輔助支撐；

(1)在成形方向上對點(diǎn)陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)扇形封嚴(yán)塊進(jìn)行分層切片處理，分割成厚度均勻的切片，切片包括扇形封嚴(yán)塊的橫截面輪廓和加工路徑，并將切片信息文件導(dǎo)入激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中；

(2)在激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備的粉末桶內(nèi)裝入合金粉末，并將成形基板置于激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔內(nèi)的可升價平臺上；

(3)對激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔中充入高純氬氣；

(4)使用激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中的刮粉裝置，在成形基板上均勻鋪設(shè)一層合金粉末；

(5)激光按步驟(4)所設(shè)計(jì)的加工路徑，熔化指定區(qū)域的合金粉末，激光掃描到的地方，合金粉末熔化形成熔池，激光離開，熔池迅速凝固得到一層沉積層。制備過程中始終保持激光選區(qū)熔化設(shè)備中的風(fēng)扇處于開啟狀態(tài)；

(6)完成步驟(8)后，成形基板下降一個層厚的距離，刮粉裝置在步驟(8)中形成的沉積層上，再均勻鋪設(shè)一層合金粉末；

(7)重復(fù)上述步驟(8)和(9)，直到新型冷卻結(jié)構(gòu)扇形封嚴(yán)塊制備完成，待扇形封嚴(yán)塊溫度降至室溫后取出；

(8)去除成形輔助支撐。

步驟(3)中所述的添加成形輔助支撐，是指對扇形封嚴(yán)塊結(jié)構(gòu)中與成形面夾角＜45°的部位添加成形輔助支撐。

步驟(4)中所述的切片厚度為：0.02-0.05mm。

步驟(5)中所選用的合金粉末呈球形或近球形，直徑≤53μm。

步驟(5)中所選用的成形基板為45號鋼。

步驟(6)中所述氧含量為：≤20ppm。

步驟(7)中所述的粉末層厚度為：0.02-0.05mm。

步驟(8)中所述激光功率為：100-500w，掃描間距為：0.12mm，光斑直徑為：0.1-0.5mm。

步驟(9)中所述成形基板下降高度為：0.02-0.05mm，步驟(9)中所述的粉末層厚度為：0.02-0.05mm。

步驟(11)中所述的支撐去除為手工去除。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果

首先利用計(jì)算機(jī)得到帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)扇形封嚴(yán)塊的cad數(shù)值模型，然后在確保點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)能順利成形的條件下，確定扇形封嚴(yán)塊的成形方向，再利用分層軟件在扇形封嚴(yán)塊的成形方向上進(jìn)行分層切片，并生成掃描路徑，最后激光根據(jù)設(shè)定的掃描路徑，逐點(diǎn)熔化沉積合金粉末，并逐層堆積，形成帶有新型冷卻結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊。本制備方法經(jīng)濟(jì)、快速，特別適合用于復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的制備。

本發(fā)明以激光為能量源，利用粉末床選區(qū)快速成型設(shè)備，通過設(shè)置合適的扇形封嚴(yán)塊成形方向和工藝參數(shù)，直接由cad模型一步完成帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊的制備，無需模具，合金材料利用率高，得到的扇形封嚴(yán)塊散熱性能優(yōu)異，成形精度良好，可大幅度提高扇形封嚴(yán)塊的隔熱冷卻性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明扇形封嚴(yán)塊背板處點(diǎn)陣覆蓋示意圖，其中1扇形封嚴(yán)塊背板；2扇形封嚴(yán)塊；

圖2是本發(fā)明點(diǎn)陣單元中一種典型結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不局限于具體實(shí)施例。

采用激光選區(qū)熔化快速成型技術(shù)制備具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)由點(diǎn)陣單元組成，每個點(diǎn)陣單元呈四面體或金字塔或kagome構(gòu)型，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)完全覆蓋扇形封嚴(yán)塊背板，利用激光選區(qū)熔化制備背板帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊：

(1)利用三維繪圖軟件(solidworks等)建立帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊的三維cad模型；

(2)根據(jù)具有新型冷卻結(jié)構(gòu)的扇形封嚴(yán)塊中點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，調(diào)整扇形封嚴(yán)塊成形方向，確保扇形封嚴(yán)塊中所有點(diǎn)陣單元均能在不添加支撐的條件下順利成形；

(3)根據(jù)步驟(2)中所確定的扇形封嚴(yán)塊成形方向，以及扇形封嚴(yán)塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對扇形封嚴(yán)塊中與成形面夾角＜45°的懸空部位添加成形輔助支撐；

(4)在成形方向上對扇形封嚴(yán)塊進(jìn)行分層切片處理，均勻分割成厚度約為0.05μm的切片，切片包括扇形封嚴(yán)塊的橫截面輪廓信息和加工路徑，并將切片文件導(dǎo)入激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中；

(5)在激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備的粉末桶內(nèi)裝入直徑≤53μm，球形或近球形的k40m合金粉末，并將厚度約為50mm厚的45號鋼成形基板置于激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔內(nèi)的可升價平臺上；

(6)對激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形腔中充入高純氬氣，直至成形腔內(nèi)氣體氧含量≤20ppm；

(7)使用激光選區(qū)熔化快速成形設(shè)備中的刮粉裝置，在成形基板上均勻鋪設(shè)厚度為0.05mm厚的一層合金粉末；

(8)激光按步驟(4)所預(yù)設(shè)的加工路徑，熔化指定區(qū)域的合金粉末，激光掃描到的地方，合金粉末熔化形成熔池，激光離開，熔池迅速凝固得到一層沉積層。激光掃描速度：5m·s^-1，激光功率為：300w，掃描間距為：0.12mm，光斑直徑為：0.2mm。制備過程中始終保持激光選區(qū)熔化設(shè)備中的風(fēng)扇處于開啟狀態(tài)；

(9)完成步驟(8)后，成形基板下降0.05mm，刮粉裝置在步驟(9)中形成的沉積層上，再均勻鋪設(shè)厚度為0.05mm的k640合金粉末；

(10)重復(fù)上述步驟(8)和(9)，直到新型冷卻結(jié)構(gòu)扇形封嚴(yán)塊制備完成，待扇形封嚴(yán)塊溫度降至室溫后取出；

(11)將采用手工去除方式，去除成形輔助支撐。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所做的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。