高溫合金預旋流噴嘴激光增材制造技術研究進展

　　噴嘴具有結構精密、技術要求高、制造工藝復雜等特點，其典型特征包括微孔、微槽、微錐等。噴嘴關鍵零件（如副噴口、旋流芯、柱塞等）的尺寸結構一致性、尺寸配合精度等特性都對民用發動機燃燒室的工作性能、燃燒效率及可靠性有直接且重大的影響。

　　目前我國在制造一致性、加工效率、測量精度、測試方法和生產成本控制等方面與國外存在較大的差距，尚無法突破噴嘴全研制流程中從工作機理研究到關鍵件的確定性制造與精密檢測、再到局部或整體性能的精密測試與準確分析等各環節的瓶頸。既有的噴嘴研制試驗體系已無法滿足噴嘴快速研制的需要，中科院工程熱物理研究所的新技術實驗室擬發展的技術體系將噴嘴優化設計、增材制造、后處理與檢測融為一體，開展基于增材制造技術的一體化輕量化拓撲優化設計、激光選區熔化工藝設計與成形、增材制造后處理與檢測等技術研究，掌握基于增材制造的結構優化設計方法，建立高溫合金激光選區熔化工藝數據庫，完成激光選區熔化共性技術研究。

　　1．面向增材制造工藝的預旋流噴嘴優化設計技術

　　在對噴嘴的性能、功能等要求的充分調研基礎上，新技術實驗室從工藝、效率、成本及服役環境等多角度出發，明確其受載狀態，對噴嘴殼體原有的5個部件進行整體設計，并對一體化后的零件做了多種拓撲優化方案，選取滿足理論計算性能要求的3種優化結果。

　　2．高性能金屬構件激光選區熔化控形控性技術

　　開展航空發動機預旋流噴嘴激光選區熔化增材制造工藝設計，包含工藝路線規劃、工藝參數影響分析、工藝控形位姿設計、工藝支撐結構設計，并進行噴嘴零件的成形制造，驗證優化設計結構的可加工性。

　　3．零件成形-工藝驗證

　　為驗證工藝支撐及燒結參數，新技術實驗室分別成形了渦輪盤、旋流器、小燃機噴嘴等零件，并通過總結成形過程中的工藝問題，對支撐及燒結參數進行不斷更改，形成了4種組合支撐結構。

　　本項目為所內其他設計部門提供了各種難加工件的優化設計及制造服務，提升了研究所在制造和工藝方面的能力。

圖 1 噴嘴優化設計的3種結果

圖 2 噴嘴傳統制造工藝與增材制造工藝對比

圖 3 成型工藝

圖 4 成型工藝

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