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3D打印技术在大型铸锻件领域的应用

日期:2020-08-29 21:21 

  目前,3D打印技艺的运用及钻探闭键聚会正在航空航天、电子、医疗等严谨零件的加工和修复规模,而正在以铁基金属为主的大型铸锻件规模上的运用还很少。大型铸锻件产物,如火电主轴、核电封头、水轮机叶片等的重量动辄几十上百吨,而以目前的金属3D打印技艺均匀1kg/h的加工速率以及每公斤上千元的质料本钱计较,采用大型铸锻件集体3D打印技艺完结大型铸锻件的制作无法完毕。不过,这并不是说3D打印技艺不行正在大型铸锻件规模获得广博的运用。

  只消运用恰当,3D打印技艺也可能像锻制、锻制以及焊接相同,成为大型铸锻件制作中弗成贫乏的主要坐蓐工艺,而且正在大型铸锻件行业的技艺立异、降本增效、质料提拔流程中阐发主要感化。本文通过参考目前金属及非金属3D打印技艺正在其他规模获得的钻探效率,对另日3D打印技艺正在以铁基金属为主的大型铸锻件规模的运用对象举行了解析,从而为大型铸锻件行业的兴盛供给鉴戒。

  雷同核电主管道及众管嘴封甲第具有部分难成形特点的大型锻件都可能采用锻件主体+3D打印部分的方法成形,该本领将正在保障锻件集体质料的环境下大大下降锻件的坐蓐难度、本钱和周期。其余,还可将大型锻件部分3D打印成形的思绪拓展到大型零件3D打印拼焊技艺。假如3D打印区域以及3D打印区域与基体纠合区域的金属质料功能都能抵达锻件条件,这就预示着另日全体可能采用3D打印拼焊锻件代庖集体大锻件。

  大型锻件外面及内部的超标缺陷、因为缺料形成的锻件加工余量亏空等质料题目,都或许导致锻件的集体报废,形成强壮的经济吃亏和能源奢华。因为焊接结构的功能低于锻件结构,因而锻件日常谢绝许补焊,而金属3D打印技艺的呈现却能变换这一近况。目前,金属3D打印的某些质料功能一经不妨抵达锻件秤谌,假如3D打印结构与锻件基体的纠合能抵达锻件条件,就可能采用3D打印技艺部分修补大型锻件的缺陷区域,从而进步锻件及格率。另日,跟着3D打印技艺的进步,雷同大型铸件容许补焊相同,大型锻件也容许3D打印修复,这对付大型锻件坐蓐工艺将是革命性的冲破。

  发电机转子、水轮机叶片、船用曲轴等大型零件正在应用流程中会呈现部分裂纹、磨损及变形等失效题目,古代的补焊本领需求通过机加工→预热→焊接→机加工→热措置等流程才调修复。修复事务需求正在大型专业配置进步行,不过修复区域功能低于零件原结构,增进了维修本钱、维修周期,维修成果也不睬念。而采用机械人与3D打印技艺相纠合组成的便携式可转移金属3D打印配置能变换这一近况,完毕大型零件的现场修复,以至正在线D打印技艺修复大型零件的详细操作次序是:

  金属3D打印技艺的一个主要兴盛对象即是众质料以及渐变质料的3D打印成形,该规模的钻探效率可能正在大型零件,稀少是正在机闭杂乱或成效杂乱零件的外面措置上获得运用。比拟于电镀、热喷涂以及化学气相重积等古代的金属外面措置方法,金属3D打印技艺被看作是激光涂覆工艺的延迟,具有纠合层稳定、涂层厚度大且可控、数字化把握、质料畛域广等上风,稀少是正在大型零件的部分改性和深化方面上风彰着。

  (1)质料方面。相对付钛合金及高温合金,大型铸锻件应用的铁基合金较为单纯,闭节是质料本钱的把握。

  (2)配置方面。目前3D打印配置的事务台面尺寸及承重有限,无法餍足大型铸锻件部分加工条件,另日需求开荒尤其天真便捷的加工配置。

  (3)体例方面。3D打印制作及修复需求三维反求、筑模、二维道途转化等操作,而大型铸锻件众为单件小批量坐蓐,缺陷呈现随机性大,因而另日需求对相应软件及操作举行集成,从而进步坐蓐效力。

  (4)工艺方面。不休优化金属3D打印工艺参数,使其更好适宜大型铸锻件的分外条件,抗御开裂、变形以及零落等缺陷的爆发。

  (5)功能方面。为了使3D打印技艺正在核电、火电以及大型压力容器等大型零件上获得悠久运用,雷同悠久蠕变、低周疲倦等质料基本尝试数据需求永远积聚。

  (6)规范题目。分歧于小型零件,安好坐蓐是大型铸锻件修复及制作的要点,而各式坐蓐和质料规范的缺失是3D打印技艺正在该规模兴盛的主要瓶颈,规范的协议也需求较长的韶华。

  以蜡模火速成形和砂型火速成形为主的3D打印技艺正在小型严谨铸件以及铸件火速成形规模已获得广博的运用,而且有向大型化兴盛的趋向,目前一经可能创制2m以上的模子。重量正在(20~500)t之间的汽轮机缸体、水电机组的叶片以及冶金配置机架等大型铸件日常采用木模+砂型锻制坐蓐,目前还未应用3D打印技艺举行坐蓐制作。

  (1)大型铸件目前应用的反箱制模子本领对拔模角度有很高条件,而3D打印砂型对拔模角度无条件,以至可能完毕负拔模角度;

  (2)3D打印砂型无需制模、反模等流程,就可能创制特殊杂乱的铸件,脱离了工艺本领对铸件样式的桎梏;

  (2)速率题目。目前的3D打印速率较慢,进步加工速率的本领根本与模子3D打印相同。

  (3)配置题目。大型砂型强度较低,应尽量省略运输流程,其坐蓐配置最好筑立正在锻制车间内。目前,还不行应用3D打印技艺直接坐蓐大型铸件的集体砂型,不过可能将3D打印砂型动作大型铸件砂型的镶件或砂芯,用于成形铸件部分杂乱区域。

  另日,最经济有用的大型铸件坐蓐方法将会吵嘴金属质料3D打印技艺、铸件古代坐蓐工艺以及数值模仿技艺三者的纠合,详细的工艺次序是:

  (2)归纳探讨铸件变形、开裂等成分,采用有限元软件对铸件机闭和浇铸体例安排举行优化;

  (3)将优化后的模子举行解析,模子基体片面采用古代木模成形,杂乱几何尺寸片面采用模子3D打印成形,二者通过粘接变成铸件最终模子;

  (5)将3D打印砂型镶嵌正在大型铸件砂型中,纠合模子天生最终的大型铸件砂型。

  因为采用3D打印技艺坐蓐的模子及砂型是由数模直接转化成实体模子,无需人工操作,因而可能进步模子外面质料,缩短铸件坐蓐周期,脱离古代工艺本领对铸件机闭的局限,从而进步铸件的质料愚弄率、省略铸件缺陷、下降铸件本钱。

  3D打印技艺动作一种通用的零件加工本事,极大的脱离了古代工艺本领对产物安排、坐蓐周期、坐蓐本钱等坐蓐因素的管理,为古代制作业的转型升级拓荒了一种新的思绪。3D打印技艺正在大型铸锻件坐蓐规模有很大的兴盛空间,金属3D打印技艺正在大型铸锻件的制作及修复规模阐发了主要感化,非金属3D打印技艺鼎新了大型铸件坐蓐工艺,完毕了降本增效、缩短坐蓐周期、进步铸件质料。从目前3D打印技艺的兴盛环境来看,3D打印技艺正在大型铸锻件规模的运用还需求阅历一个由小型到大型,由非闭节部位到闭节部位,由泛泛零件到主要零件的兴盛流程。

  目前,我邦大型铸锻件行业处于产能紧要过剩、低端产物恶性逐鹿,高端产物受制于人的晦气形势。采用古代的本领对大型铸锻件坐蓐工艺举行鼎新已不行有用下降坐蓐本钱、进步零件质料、缩短坐蓐周期、拓展商场空间。因而必需引进新的技艺和本领才调大幅进步我邦大型铸锻件行业的逐鹿力。3D打印技艺又称增材制作技艺,是以数字模子为基本,将质料逐层聚集制作出实体物品的新兴制作技艺,是新一轮科技革命和家产改良的宏大机缘。

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