引言
复合材料零件一般需要在模具上成型，再在专门的设备中进行高温固化定型。考虑到材料的热胀冷缩，为保证复合材料零件的质量，一般选取与复合材料相近的热膨胀系统的材料（例如殷钢）作为成型模具材料。随着现代科学技术的飞速发展，选区激光熔化技术能够直接快速成型致密的金属零件，已经成为国内外研究的热点之一，借助该工艺具有的重量轻、材料利用高、结构紧凑等特点，已在航空发动机燃油喷嘴、叶片、机舱隔板及支架等零部件生产中被大量应用。针对航空复材成型殷钢模具特别是复杂型面特征的模具（如图1），为进一步提升殷钢模具型面质量、提高模具材料利用率，降低模具研制成本、缩短研制周期，从人员、设备、原材料、工艺流程、生产环境及检测等角度，浅析殷钢模具激光选区熔化技术应用涉及的相关要求和关键技术参数。
图1 航空内饰类复材成型模具
1人员要求
1.1、操作人员必须经过《激光选区熔化成形设备安全技术操作规程》《激光选区熔化成形设备标准作业指导书》手册理论学习和实际培训，经考试并取得相应的资格后方可进行有关的设备作业。
1.2、操作人员操作过程中必须遵守《激光选区熔化成形设备安全技术操作规程》《激光选区熔化成形设备标准作业指导书》。
1.3、按规定穿着工作服、丁腈手套、劳保鞋和使用劳动保护用品（3M口罩、防护眼镜等）。
1.4、爱护使用设备，按要设备保养计划对设备进行日常点检和维护保养。
2设备要求
随着飞机的内装饰零件的要求的提高，也出现了更多具有复杂曲面的内装饰零件。以图1所示复材型面的内饰类复材成型模具为例，以往的用于制造复杂曲面内装饰复合材料零件的模具在面对复杂曲面模具型板的时候，通常使用多块较厚的型板拼接而成，不仅结构笨重，而且有时候也难以得到所预期的模具精度。该模具型板尺寸为670mm（长）×585mm（宽）×190mm（厚），型面精度±0.1mm，表面粗糙度1.6μm，激光选区熔化成形系统采用S1000型设备，设备技术参数详见表1。它适用于铝合金、钛合金、高温合金、不锈钢、模具钢等多种金属的快速制造。打印系统主要包括激光器、扫描系统、控制系统、预热系统及铺粉、供粉系统等模块。激光成形过程选择零件法证明其过程能力，经无损检测后，其内外部质量合格，判定此过程符合要求；设备定期检定，保证所用设备检定合格，处于正常工作状态，设备的维护、操作应符合规定。
表1 激光选区熔化成形设备参数
3 原材料要求
使用的原材料为4J36殷钢粉末，由同一厂家采用相同工艺制备的同一批次粉末。
对每批原材料粉末，外包具有CNAS认证资质的第三方检测单位，进行入厂复测。确保其化学成分、粒度、流动性等符合技术要求，从源头确保产品质量可控及可追溯。
4工艺要求
对激光选区熔化成形的殷钢模具产品生产研制过程中使用的工艺文件，按《技术文件编制与管理规定》的要求进行控制。生产现场严格执行《激光选区熔化成形设备标准作业指导书》要求，进行相关操作，并对各生产过程参数和产品特性进行监控，并做好相应原始记录。
主要工艺流程如下：
生产准备→设备检查→领取原材料→程序确认→打印记录→清理粉末→热处理→线切割→去支撑→打磨→机械加工→检验→交付。
4.1、设备开始打印前打印前设备准备检查确认表。
4.2、放入成形基材前确保整个基材干净、无油、无水。
4.3、成形前筛粉确认刷网经过吸尘器酒精清理过，确保其干净避免使粉末收到污染。
4.4、成形前生产人员按照工艺下发的程序确认卡片选择程序编号开始成形打印。
4.5、模具型板打印为竖直摆放，摆放示意图如下图2所示，设备成行过程中空气压力要求0.75Mpa—0.85Mpa，氩气压力要求0.4Mpa—0.6Mpa，水冷温度要求18℃—26℃（一般水冷机设置温度要求为24℃），设备内成行仓室氧含量≤0.13％，打印过程风机速率生产人员实际记录即可。实际成形过程中生产人员1个小时登记填写一次工艺参数登记表，确保打印过程中质量受控。
图2 模具型板舱内摆放示意图
4.6、产品成形结束后，将其从激光选区熔化成形设备中取出。因产品成形结束后，整个零件完全被粉末埋没于成形仓内。零件表面、内腔、支撑间隙有大量的粉末残留。将零件表面、内腔、支撑间隙附着粉末清理干净。具体工艺描述如下：用气枪以压缩空气为气源对零件表面、内腔、支撑间隙及出粉孔洞进行吹扫，出粉孔要求连续吹扫不少于5分钟。清粉过程中需不断变换零件角度，并采用橡胶锤敲击基板背面，直至没有粉末溢出。
4.7、按照工艺文件要求，采用热处理炉对激光选区熔化成形的模具型板产品进行热处理。热处理前检查确认无残留粉末、零件无水分等情况，热处理后检查零件无变形、氧化等情况。
4.8、采用线切割方式将零件从基板切下。线切割前根据工艺规程要求，仔细检查确认所需要加工位置，对产品装夹，固定；采用百分表对零件进行找正，避免切斜，切偏。线切割结束时，拆下工件，清洁并检查质量。
4.9、根据各产品结构特点，选用适当的钳工工具（橡胶锤、铁榔头、气动冲击钻、砂磨、直磨、角磨机等去除量大的气动、电动工具，配合锯条、手工钳、砂纸等钳工工具），对产品的实体支撑及块状支撑进行去除，直至零件支撑全部去除。采用白刚玉磨头、纸带轮、砂布轮对支撑面残余块状支撑根部及实体支撑残留部分进行打磨，直至与非支撑面光顺一致。要求支撑去除干净，尤其注意产品拐角、流道、型腔位置。
4.10、采用白刚玉磨头、纸带轮、砂布轮对零件表面高点、凸起、成形台阶进行打磨。消除零件表面粘粉、黑渣、肉瘤、毛边等多余物。打磨前根据工艺规程要求，确认产品特征、打磨余量。采用虎钳、台钳等工具将产品装夹固定，根据少量多次的打磨原则，均匀用力，确保产品尺寸满足精度要求。
5生产环境要求
生产车间环境温度湿度要求保持恒定在25℃±5℃，湿度≤80%，针对生产现场环境通过空调、加湿器、排风扇等措施保证生产环境符合要求。供电稳定，配备配套的安全防护设施，如灭火器、烟雾报警器等。工人佩戴氧含量报警器、防护面罩、安全靴、防静电服等劳保装置。整个产品加工环境满足生产要求，并有专人负责每天对现场环境条件进行监测、记录、调整，确保整个生产周期内均满足要求。
6产品检验要求
激光选区熔化成形的模具型板产品的检验主要分为过程检验和最终检验，过程检验主要在各工序结束后及时检查，以判定此工序有无异常，防止不良品流转至下工序。一般来说，会在激光成型后、热处理前/后、线切割前/后、去支撑前/后、热处理前/后等工序点设置过程检验，并作详细记录。
激光成型后主要检查零件成型后是否有开裂、缺肉、氧化等缺陷；热处理前主要检查是否存在粉末未去除干净、零件有水分等情况；热处理后主要检查零件是否变形、氧化等情况；线切割前确认零件状态、线切割后检查零件是否存在切坏等现象。
最终检验，通过三坐标测量机和蓝光扫描仪，详细检验模具轮廓度及特征尺寸，应检必检，保证模具型面±0.1mm精度要求，经过过程检验和最终检验，该模具精度、表面粗糙度、气密性等检测指标合格，出具详细检验报告和合格证。
7 总结
本文探讨了殷钢模具激光选区熔化的工艺技术相关要求，以及详细工艺流程方案和工艺技术参数，并对全工艺流程中涉及的人员、设备、环境及检验等方面分析与研究。相比模具传统制造方法（减材工艺），激光选区熔化增材制造技术可以实现任意复杂结构模具的快速制造，在单件或小批量生产用模具制造过程中，具有制造成本低、周期短的优势，因此可广泛推广应用至航空殷钢模具生产制造中。未来，有必要在大型模具制造、殷钢回收及再制粉末质量控制、模具成形及后处理过程中的开裂/收缩/变形等方面进行重点技术攻关，以进一步提升基于激光选区熔化增材制造技术的模具数字化制造水平。
参考文献
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