《薄壁金属构件激光电弧增减材复合制造 工艺规范》征求意见稿

CCSJ39DB51（工作组讨论稿征求意见稿送审稿报批稿）XXXX-XX-XX发布IDB51/TXXXX—XXXX 2规范性引用文件 3术语和定义 4一般要求 24.1人员 24.2设备 24.3原材料 34.4环境 34.5安全与防护 35工艺过程 35.1工艺原理 35.2工艺流程 35.3模型处理 45.4仿真分析 45.5数据处理 45.6加工准备 45.7参数设定 55.8增减材加工 65.9清理 65.10过程检验 65.11后处理 65.12质量检验 7 8DB51/TXXXX—XXXX本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由四川省经济和信息化厅提出、归口、解释并组织实施。本文件起草单位：四川省增材制造技术协会、中国兵器装备集团自动化研究所有限公司、太行国家实验室轻量化结构与材料制造研究部、南京英尼格玛工业自动化技术有限公司、中国航发航空科技股份有限公司、中国核动力研究设计院、重庆大学、西华大学、成都航空职业技术学院、成都工业学院、四川省康复辅具技术服务中心、测试狗（成都）实验检测有限公司、四川工程职业技术大学。。。本文件主要起草人：王敏、王长春、雷力明、程远、董巍、李湉、张舜、杨晨、张敬贤、何戈宁、胡彧、权国政、彭必友、徐磊、周海洋、门正兴、何岷洪、张强、罗文波、吴代建。。。本次为首次发布。1DB51/TXXXX—XXXX薄壁金属构件激光电弧增减材复合制造工艺规范本文件规定了薄壁金属构件激光电弧增减材复合制造工艺的一般要求和工艺过程。本文件适用于薄壁金属构件激光/电弧增材与机械铣削/打磨减材复合的制造工艺，其它定向能量沉积增材与其它减材加工复合的增减材工艺参考使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T10858铝及铝合金焊丝GB/T14895.7特种加工机床术语第7部分：增材制造机床GB/T17359-2012微束分析能谱法定量分析GB/T29070无损检测工业计算机层析成像(CT)检测通用要求GB/T35021增材制造工艺分类及原材料GB/T35351增材制造术语GB/T35352-2017增材制造文件格式GB/T37698增材制造设计要求、指南和建议GB/T39247增材制造金属制件热处理工艺规范GB/T39251增材制造金属粉末性能表征方法GB/T39253增材制造金属材料定向能量沉积工艺规范GB/T39254增材制造金属制件机械性能评价通则GB/T39329增材制造测试方法标准测试件精度检验GB/T39331增材制造数据处理通则GB/T41507增材制造术语坐标系和测试方法GB/T42621增材制造定向能量沉积-铣削复合增材制造工艺规范GB/T42622-2023增材制造激光定向能量沉积用钛及钛合金粉末GB/T43481增材制造三维工艺模型数据质量要求GB/T43302-2023增材制造用钛及钛合金丝材GB/T43615增材制造定向能量沉积金属成形件超声检测方法JY/T0584-2020扫描电子显微镜方法通则3术语和定义GB/T14895.7、GB/T35351界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1薄壁金属构件Thin-walledmetalcomponent2DB51/TXXXX—XXXX在截面内最大的特征尺寸与壁厚之比较小的金属构件，通常是由薄板、薄壳或细长杆件组成。薄板与薄壳壁厚推荐0.5至5mm；细长杆件长径比推荐10至100，杆径推荐大于1mm。3.2减材加工头Subtractivemanufacturinghead安装在运动机构上夹持减材加工工具，并为工具提供回转运动对已沉积层进行加工的部件。3.3激光电弧增减材复合制造hybridadditiveandsubtractivemanufacturingwithlaser-arc采用增减材复合制造设备，通过激光/电弧增材和机械加工减材（铣削、打磨等）实现工件一体成形的工艺。4一般要求4.1人员工艺人员应具备激光电弧增减材复合制造工艺基础知识，熟悉激光电弧增减材复合制造设备（以下简称“设备”）操作，掌握完整工艺生产流程。设备操作人员应接受相关培训，考核合格后方可上岗，培训由设备厂商或已接受培训并考核合格的人员实施。（注：培训内容包括但不限于设备的操作、维护、校准、软件使用、安全防护、材料处理、后处理、数据处理、异常情况处理等。）4.2设备设备通常包括但不限于激光器、电源、焊机、减材加工头、沉积头、运动机构、转台、原材料输送系统、控制系统、除尘系统、冷却系统、过程监控系统、保护气系统、预热系统、测温系统、表面精度/尺寸精度检测系统、清洗打磨系统、温度控制系统等。激光电弧增减材复合材制造设备组成与技术要求如下：1）数字电弧增材电源：输出功率应不小于10kW，可调节电流范围不低于50A~250A，可调节电压范围不低于10V~25V，暂载率应为100%（注：当增材电流不超过200A时）；2）激光器应具备xx功率（根据薄壁的定义规定且功率衰减应≤2.5%/年；实际输出功率可在最大输出功率的10%～100%范围内自由设定；3）增材枪体：应能承受数字增材电源所输出的电流与电压，同时具备一种或多种丝材的送丝要求及冷却功能；最大承受功率不小于激光器的最大输出功率；4）减材加工头：应能够精确夹持减材加工工具（如铣刀、砂轮等夹持精度需达到±0.05mm，确保刀具在高速旋转和加工过程中的稳定性；并且为工具提供回转运动，回转速度应可调节，调节范围根据不同加工任务而定（如0rpm-12000rpm），以实现对已沉积层的精确加工，满足不同表面粗糙度和尺寸精度要求；5）运动控制系统：可带动增材枪体、减材加工头全范围覆盖增材制造软件规划的增材区域，如：使用机械臂带动增材枪体，重复定位精度应不大于0.05mm，绝对定位精度应不大于0.8mm；6）吸烟除尘系统：具有实时处理增材过程烟尘的功能；7）增减材制造软件系统：应具备对输入的增材结构数模进行区域划分、分层切片、路径规划、路径仿真、工艺规划、生成增减材程序等基本功能；8）过程监控系统：硬件部分一般由电流电压传感器、熔池视觉传感装置、温度传感装置、气体流量传感装置、显示装置、存储装置等组成；软件部分一般由数据传感模块、显示模块、用户操作界面模块、数据库模块等组成；3DB51/TXXXX—XXXX9）X射线检测设备1）X射线检测仪器应满足GB/T36015-2018的要求。2）X射线数字成像装置系统分辨率应优于1.5LP/mm，分辨率测试方法应符合GB/T36015-2018附录A的需求。像质计灵敏度应优于2.0%，像质计灵敏度测试方法符合GB/T36015-2018附录4.3原材料4.3.1概述激光电弧增减材复合制造工艺的主要材料种类包括金属粉末和金属丝材。4.3.2金属粉末金属粉末的主要性能指标包括：粒径及粒径分布、球形率、流动性、松装密度、化学成分、物理力学性能等。金属粉末的检验指标应根据工艺确定，其它特殊要求需供需双方协商确定，检验方法应按照GB/T39251、GB/T42622-2023等规定进行。4.3.3金属丝材金属丝材的主要性能指标包括：线径、化学成分、物理力学性能等。金属丝材的检验指标应根据工艺确定，其它特殊要求需供需双方协商确定。检验方法可参照GB/T10858、GB/T43302-2023等规定进行。4.4环境设备运行环境及周围环境应符合GB/T39253中的5.4规定。4.5安全与防护工艺过程安全与防护参考GB/T39253中的5.5，5.6规定。5工艺过程5.1工艺原理沉积头在运动控制系统的驱动下，按照给定的速度与轨迹运动，运动过程中，金属粉末或金属丝材在激光/电弧作用下熔化沉积，沉积若干层后，获取沉积尺寸与设计尺寸对比，基于对比情况进行沉积补偿或减材加工，减材加工由减材加工头在运动控制系统的驱动下按照给定的速度与轨迹开展。重复上述过程，最终实现薄壁零件一体成形。电弧仅适用于金属丝材。激光电弧耦合作用时，金属丝材首先在电弧作用下熔化沉积，而激光对熔池进行搅拌，以提高沉积的精度。5.2工艺流程典型的薄壁金属构件激光电弧增减材复合制造工艺流程如图1所示（后续需优化改进）：4DB51/TXXXX—XXXX图1典型的激光电弧增减材复合制造工艺流程5.3模型处理a)直接通过三维建模软件建立零件模型或对实体模型进行扫描并输入三维建模软件实现模型建立；b)根据激光电弧增减材制造工艺特点，结合模型薄壁特征、工艺仿真补偿，对模型成形方向、摆放角度、悬垂结构、支撑添加等进行处理；c)根据零件特征和增材方式，确定加工余量，激光束推荐余量值为0.3-0.5mm，电弧加工推荐余量值为2-5mm。d)对所建立的模型，按需求进行分层切片与工艺规划；e)根据预留加工余量尺寸，进行减材工艺规划；f)零件模型文件应转换为激光电弧增减材复合制造系统可读取的格式，如STL、STP、CLI、PLY、OBJ等，文件转换过程中应注意设置适宜的转换精度，转换完成后宜修复数据存在的错误，如法向错误、破洞、裂缝等。5.4仿真分析根据零件工艺特征，利用仿真分析软件对零件工艺过程进行仿真分析，获取加工过程温度、形变等信息。已获取的规划路径也要经仿真软件进行模拟和校核，避免发生碰撞或加工工具不可达现象。5.5数据处理将三维模型设置适宜的分层厚度，得到可以控制设备运动和过程的数据，供增减材复合制造系统设备使用。5.6加工准备5.6.1原材料准备5DB51/TXXXX—XXXX5.6.1.1金属粉末准备金属粉末应满足4.3.2要求。每次添加粉末时应核对所添加粉末的质量证明文件，记录金属粉末牌号、批号、使用日期等信息。为保证金属粉末的流动性，可对金属粉末进行烘干等操作，确认符合制造工艺要求。5.6.1.2金属丝材准备金属丝材应满足4.3.3要求。每次更换金属丝材时应核对丝材的质量证明文件，记录金属丝材牌号、批号、使用日期等信息，并检查丝材表面是否存在毛刺、凹坑等缺陷。为保证成形质量，必要时可对丝材进行烘干操作。5.6.1.3基材准备根据零件材料种类及大小，选择合适的基材，使用前打磨表面氧化层并清洗干净。5.6.2设备准备5.6.2.1设备状态确认对设备能量源、原材料输送、运动机构等各系统状态进行全面检查确认，检查保护气是否充足，确保设备状态符合加工需求。5.6.2.2气氛控制根据材料特性或客户要求，确定是否要在氩气等保护气氛或真空环境下进行制造，根据需求进行气氛控制。5.6.2.3温度控制根据材料特性、客户要求或工艺过程要求，确定加工过程基材和层间温度控制要求，进行相应控制。5.7参数设定5.7.1一般要求应记录加工过程中的各工艺参数，形成可追溯文件，有条件的可采用数字化管理系统。5.7.2增材参数设定应根据设备特征及客户要求设定增材参数，包括激光功率、激光模式、电弧电压、电弧电流、扫描速率、送粉/送丝速率、材料类型、丝材直径、搭接率、零件预热温度、冷却温度、保护气类型和流量、扫描路径、打印头位置姿态、焊丝干伸长量、推焊还是拉焊（激光在前还是电弧在前）等。5.7.3减材参数设定应根据设备特征及客户要求设定减材参数，包括加工方式、主轴转速、进给速率、进给量、刀具规格、铣削深度、加工过程等。5.7.4其它参数设定6DB51/TXXXX—XXXX薄壁金属构件增减材制造过程，应根据零件特征及客户要求，设定增减材交替参数、环境参数等，包括基材预热温度、增减材交替层数、预热温度、预热时间、冷却温度、冷却时间、保持温度、保温时间、环境温度和湿度等。5.8增减材加工5.8.1激光电弧增材制造激光电弧增材制造过程应符合GB/T39253中6.6的规定。对制造过程工艺参数进行监控和记录，制造过程可通过反馈控制系统对工艺参数进行适当调整。根据制造零件特征，根据需要进行零件预热。根据零件特征，提前确定增减材交替时机。5.8.2形面测量加工工程中可通过设备配备的接触式或非接触式侧头进行形面测量。5.8.3减材加工减材加工主要以铣削、磨削为主。铣削过程以干冷或气冷为主，采用粗加工和小切深的精加工方式配合进行。根据制造零件特征，根据需要进行零件冷却。根据零件特征，提前确定增减材交替时机。5.9清理成形完成后，宜将零件在保护气氛或真空环境下冷却到环境温度或特定温度再行清理。金属粉末、切屑的清理可采用防静电毛刷、防爆吸尘器、高压气等进行清理，清理过程中不应损坏零件。清理粉末、切屑的过程应符合4.5要求。每次减材加工后，应立即进行清理，防止残留物质影响质量。5.10过程检验制造过程中对零件进行过程检验，包括但不限于外观缺陷、外形尺寸等检验。在不影响客户预期使用要求的前提下，可以通过对零件采用修补、变形校正、机械加工等补救方式来满足要求。5.11后处理5.11.1概述薄壁金属构件增减材复合制造工艺的后处理通常包括零件移除、支撑去除、热处理、表面处理等，供方根据需方要求选择合适的后处理方法。5.11.2零件移除从基材上移除零件时不应破坏零件和影响零件性能，常用的零件移除方式有：电火花切割、机械加工、手工去除等。5.11.3支撑去除7DB51/T