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3D打印技术在大型铸锻件领域应用

日期:2020-04-10 09:49 

  目前,的使用及探究紧要集合正在航空航天、电子、医疗等严密零件的加工和修复范围,而正在以铁基金属为主的大型铸锻件范围上的使用还很少。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,而以目前的金属技巧均匀1kg/h的加工速率以及每公斤上千元的资料本钱谋略,采用大型铸锻件满堂

  只消使用妥贴,3D打印技巧也可能像锻制、锻制以及焊接相通,成为大型铸锻件创制中不行缺乏的紧要临盆工艺,而且正在大型铸锻件行业的技巧革新、降本增效、质地擢升进程中阐述紧要效力。本文通过参考眼前金属及非金属3D打印技巧正在其他范围获得的探究效果,对他日3D打印技巧正在以铁基金属为主的大型铸锻件范围的使用偏向举办了剖释,从而为大型铸锻件行业的繁荣供给鉴戒。

  3D打印钛合金大型满堂主承力布局件等大型零件的金属资料的机能可能抵达或逼近锻件水准。3D打印技巧修复涡扇启发机叶片技巧完成了3D打印与零件基体连系区域的机能抵达了零件的央浼。与古板的焊接比拟,金属3D打印修复具有以下特性:

  以AP1000核电主管道为例,计划央浼采用超低碳控氮不锈钢满堂锻制,锻件临盆的紧要难点是两个管嘴的成形,锻件资料操纵率正在15%以下。受3D打印技巧修复涡扇启发机叶片的劝导,核电主管道的成形可能简化为锻制或挤压不锈钢管+3D打印管嘴成形,该办法不妨极大的低重核电主管道的临盆难度及本钱。

  相同核电主管道及众管嘴封一级具有限度难成形特性的大型锻件都可能采用锻件主体+3D打印限度的形式成形,该办法将正在保障锻件满堂质地的状况下大大低重锻件的临盆难度、本钱和周期。此外,还可将大型锻件限度3D打印成形的思绪拓展到大型零件3D打印拼焊技巧。假设3D打印区域以及3D打印区域与基体连系区域的金属资料机能都能抵达锻件央浼,这就预示着他日全体可能采用3D打印拼焊锻件代庖满堂大锻件。

  大型锻件外貌及内部的超标缺陷、因为缺料酿成的锻件加工余量缺乏等质地题目,都或许导致锻件的满堂报废,酿成强壮的经济失掉和能源浪掷。因为焊接构制的机能低于锻件构制,所以锻件日常阻挠许补焊,而金属3D打印技巧的产生却能转换这一近况。目前,金属3D打印的某些资料机能仍旧不妨抵达锻件水准,假设3D打印构制与锻件基体的连系能抵达锻件央浼,就可能采用3D打印技巧限度修补大型锻件的缺陷区域,从而降低锻件及格率。他日,跟着3D打印技巧的降低,相同大型铸件容许补焊相通,大型锻件也容许3D打印修复,这关于大型锻件临盆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进程中会产生限度裂纹、磨损及变形等失效题目,古板的补焊办法须要通过机加工预热焊接机加工热管理等流程才略修复。修复处事须要正在大型专业装备前进行,然而修复区域机能低于零件原构制,弥补了维修本钱、维修周期,维修后果也不睬思。而采用呆板人与3D打印技巧相连系组成的便携式可转移金属3D打印装备能转换这一近况,完成大型零件的现场修复,以至正在线D打印技巧修复大型零件的完全操作程序是:

  金属3D打印技巧的一个紧要繁荣偏向即是众资料以及渐变资料的3D打印成形,该范围的探究效果可能正在大型零件,极度是正在布局繁杂或功效繁杂零件的外貌管理上获得使用。比拟于电镀、热喷涂以及化学气相重积等古板的金属外貌管理形式,金属3D打印技巧被看作是激光涂覆工艺的延迟,具有连系层稳固、涂层厚度大且可控、数字化驾驭、资料限制广等上风,极度是正在大型零件的限度改性和深化方面上风光鲜。

  依据目前金属3D打印技巧的繁荣状况,以上探究偏向正在技巧上都有很大的可行性,况且很众技巧已正在小型零件上获得使用。为了使金属3D打印技巧正在大型铸锻件范围早日获得使用,眼前应正在以下几个方面举办核心探究:

  (1)资料方面。相关于钛合金及高温合金,大型铸锻件应用的铁基合金较为轻易,合头是资料本钱的驾驭。

  (2)装备方面。目前3D打印装备的处事台面尺寸及承重有限,无法知足大型铸锻件限度加工央浼,他日须要开拓加倍灵敏便捷的加工装备。

  (3)编制方面。3D打印创制及修复须要三维反求、修模、二维途途转化等操作,而大型铸锻件众为单件小批量临盆,缺陷产生随机性大,所以他日须要对相应软件及操作举办集成,从而降低临盆结果。

  (4)工艺方面。延续优化金属3D打印工艺参数,使其更好适当大型铸锻件的格外央浼,戒备开裂、变形以及零落等缺陷的发生。

  (5)机能方面。为了使3D打印技巧正在核电、火电以及大型压力容器等大型零件上获得历久使用,相同历久蠕变、低周疲顿等资料根基测验数据须要永恒堆集。

  (6)尺度题目。差异于小型零件,平安临盆是大型铸锻件修复及创制的核心,而各样临盆和质地尺度的缺失是3D打印技巧正在该范围繁荣的紧要瓶颈,尺度的协议也须要较长的时光。

  以蜡模迅速成形和砂型迅速成形为主的3D打印技巧正在小型严密铸件以及铸件迅速成形范围已获得广大的使用,而且有向大型化繁荣的趋向,目前仍旧可能创制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装备机架等大型铸件日常采用木模+砂型锻制临盆,目前还未应用3D打印技巧举办临盆创制。

  非金属资料3D打印技巧可能完成繁杂模子的迅速修造,关于临盆批量大、样子繁杂、外貌央浼高的大型铸件,可能满堂或限度替换木模,从而有用缩短大型铸件临盆周期,降低铸件临盆质地。针对3D打印技巧正在大型模子修造进程中产生的成形速率慢、变形紧张以及本钱较上等题目,目前的管理办法有几种:

  砂型资料3D打印技巧的道理是通过低对树脂砂举办逐层烧结最终变成繁杂砂型,目前紧要用于中小型繁杂铸件的迅速创制。采用3D打印技巧临盆大型铸件砂型有以下长处:

  (1)大型铸件目前应用的反箱制模子办法对拔模角度有很高央浼,而3D打印砂型对拔模角度无央浼,以至可能完成负拔模角度;

  (2)3D打印砂型无需制模、反模等进程,就可能创制十分繁杂的铸件,开脱了工艺办法对铸件样子的束缚;

  (1)机能题目。大型铸件几何尺寸很大,3D打印砂型的强度须要降低。3D打印的砂型致密性较高,发怀抱较大,正在大型铸件临盆进程中或许产生良众缺陷,所以,须要通过测验形式剖释完全工艺举措或原资料配比来管理缺陷。

  (2)速率题目。目前的3D打印速率较慢,降低加工速率的办法基础与模子3D打印相仿。

  (3)装备题目。大型砂型强度较低,应尽量淘汰运输进程,其临盆装备最好树立正在锻制车间内。目前,还不行应用3D打印技巧直接临盆大型铸件的满堂砂型,然而可能将3D打印砂型行动大型铸件砂型的镶件或砂芯,用于成形铸件限度繁杂区域。

  他日,最经济有用的大型铸件临盆形式将会詈骂金属资料3D打印技巧、铸件古板临盆工艺以及数值模仿技巧三者的连系,完全的工艺程序是:

  (2)归纳思虑铸件变形、开裂等要素,采用有限元软件对铸件布局和浇铸编制计划举办优化;

  (3)将优化后的模子举办认识,模子基体个人采用古板木模成形,繁杂几何尺寸个人采用模子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,连系模子天生最终的大型铸件砂型。

  因为采用3D打印技巧临盆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,所以可能降低模子外貌质地,缩短铸件临盆周期,开脱古板工艺办法对铸件布局的局部,从而降低铸件的资料操纵率、淘汰铸件缺陷、低重铸件本钱。

  3D打印技巧行动一种通用的零件加工办法,极大的开脱了古板工艺办法对产物计划、临盆周期、临盆本钱等临盆因素的牵制,为古板创制业的转型升级开垦了一种新的思绪。3D打印技巧正在大型铸锻件临盆范围有很大的繁荣空间,金属3D打印技巧正在大型铸锻件的创制及修复范围阐述了紧要效力,非金属3D打印技巧厘正了大型铸件临盆工艺,完成了降本增效、缩短临盆周期、降低铸件质地。从目前3D打印技巧的繁荣状况来看,3D打印技巧正在大型铸锻件范围的使用还须要始末一个由小型到大型,由非合头部位到合头部位,由普遍零件到紧要零件的繁荣进程。

  目前,我邦大型铸锻件行业处于产能紧张过剩、低端产物恶性竞赛,高端产物受制于人的倒霉局势。采用古板的办法对大型铸锻件临盆工艺举办厘正已不行有用低重临盆本钱、降低零件质地、缩短临盆周期、拓展商场空间。所以必需引进新的技巧和办法才略大幅降低我邦大型铸锻件行业的竞赛力。3D打印技巧又称增材创制技巧,是以数字模子为根基,将资料逐层堆集创制出实体物品的新兴创制技巧,是新一轮科技革命和财富改良的宏大机缘。