CN109500393A - 一种高速列车制动盘的激光增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其步骤如下：s1、通过制图软件设计并建立制动盘的三维模型；s2、设计制动盘的工艺支撑结构，然后进行二维化处理得到二维切片数据并将其导入激光增材制造系统；s3、选择激光增材制造的原材料：24CrNiMo高性能合金钢粉末；s4、采用激光选区熔化方法进行制动盘和工艺支撑结构的制备，激光选区熔化的工艺参数为：激光功率为400‑500W，扫描速度为800‑1000mm/s，扫描间距为0.06‑0.10mm，铺粉层厚度为30‑40μm，激光光斑大小：80‑100μm，扫描方式为棋盘式扫描；s5、清理浮粉，去除基板和网状工艺支撑；然后进行喷砂处理和磨料流处理；s6、去应力退火，即得。该方法可以降低制动盘的研发周期、优化制动盘的结构、提高制动盘的综合性能。

Description

一种高速列车制动盘的激光增材制造方法
技术领域
本发明涉及一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，属于高速列车制动盘制造领域。
背景技术
随着高速列车运行速度的不断提升，对于高速列车的制动系统提出的更高的要求。制动系统是高度列车最重要的关键核心技术之一，制动盘则是制动系统中技术含量最高的核心零部件之一，对高速列车的安全运营起着至关重要的作用。
高速列车运行期间采取紧急制动时，巨大的制动热负荷和热冲击使制动盘体产生很大的温度梯度，会引起极大的热应力，所以对制动盘体提出具有较高的强度和耐热裂性、耐磨性、热传导性能的要求。目前，高速列车制动盘采用高纯净合金钢铸造而成，其散热性能和整体强度依赖于制动盘复杂的柱状结构，该结构铸造工艺性较差，铸造难度较高；铸造制动盘工艺过程繁琐工艺周期长、材料要求高、铸造质量不稳定、成品率较低；现阶段国内高速列车制动盘主要依赖进口，且价格昂贵。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种高速列车制动盘的激光增材制造方法。该方法可以降低制动盘的研发周期、优化制动盘的结构、提高制动盘的综合性能。
本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其步骤如下：
s1、通过制图软件设计并建立制动盘的三维模型，所述制动盘包括带有盘体中孔的制动盘主体(也即制动盘主体为环形圆柱形)和制动盘主体内侧沿径向均匀设置的安装孔座，所述制动盘主体由上下两个带有盘体中孔的同轴圆环盘体(上圆环盘体和下圆环盘体)和夹在两圆环盘体之间的均匀布置的散热筋组成，所述安装孔座上设置有安装孔；所述散热筋为一端靠近圆环盘体内环，另一端靠近圆环盘体外环的条状结构，散热筋与上下两个圆环盘体通过圆角形式实现过渡；
s2、将制动盘的三维模型输入3D打印编辑软件中，在3D打印编辑软件中设计所述制动盘的工艺支撑结构，然后对所述制动盘三维模型与工艺支撑结构进行二维化处理，得到二维切片数据并将其导入激光增材制造系统；所述制动盘的工艺支撑结构包括布置在所述制动盘每个安装孔座底部与基板上表面之间的网状工艺支撑；
s3、选择激光增材制造的原材料：24CrNiMo高性能合金钢粉末，所述合金钢粉末的粒度分布为D10为15-20μm，D50为25-35μm，D90为55-65μm，松装密度为4-4.5g/cm，合金钢粉末各组分及其质量百分比如下：C：0.23-0.27％，Cr：0.90-1.15％，Ni：0.90-1.15％，Mo：0.45-0.60％，Mn：0.90-1.15％，Si：0.30-0.45％，余量为Fe；
s4、激光增材制造，采用激光选区熔化方法在激光增材制造系统的基板上进行制动盘和工艺支撑结构的制备，整个制备过程在惰性气体保护气氛下进行，所述激光选区熔化的工艺参数为：激光功率为400-500W，扫描速度为800-1000mm/s，扫描间距为0.06-0.10mm，铺粉层厚度为30-40μm，激光光斑大小：80-100μm，扫描方式为棋盘式扫描；
s5、激光选区熔化制备完成后，清理浮粉，通过线切割方法去除基板，通过机械方法去除安装孔座底部的网状工艺支撑；然后对制动盘整体进行喷砂处理，对制动盘内部的散热筋进行磨料流处理；
s6、对完成喷砂处理和磨料流处理后的制动盘进行去应力退火，即得；所述退火处理工艺为：升温至580-650℃，保温6-10h，随炉冷却到300℃，然后空冷至常温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明所制备的制动盘为轴装式制动盘，在制动盘设计中采用散热筋实现制动盘散热，且散热筋为一端靠近圆环盘体内环，另一端靠近圆环盘体外环的条状结构，可以在上下两个圆环盘体之间形成空气通道，达到很好的散热效果；另外，散热筋与上下两个圆环盘体通过圆角形式实现过渡，可减少制备的制动盘应力集中；而且为了保证激光增材制备成型优良，应尽量避免制动盘制备过程中出现过长的悬臂结构(上圆环盘面中无散热筋支撑的部分即为悬臂结构)，圆角形式实现过渡可在保证无外加支撑的上圆环盘面免支撑成型优良的同时，减少散热筋的数量(散热筋同时起到对上圆环盘面的支撑作用)，避免了散热筋数量过多导致的制动盘整体重量增加和空气通道太小不利于散热的问题。
二、由于安装孔座底部与下圆环盘面底部不在同一水平面，在每个安装孔座底部与基板上表面之间布置网状工艺支撑，可支撑悬空的安装孔座结构，减小悬空结构的变形，而且在每个安装孔座底部布置，避免了整体支撑所造成的残余应力较大的问题；采用网状的工艺支撑既节省了用料，又比较容易去除。
三、采用24CrNiMo高性能合金钢粉末作为激光增材方法制备制动盘的原料，可保证制备的制动盘强度高、耐磨性能和高温性能好、合金含量低裂纹倾向小；对粒度分布的选择既可保证粉末的流动性、铺粉过程的稳定性，又可以保证大颗粒粉末的间隙有效粒径粉填充，减小粉末空隙，同时，4-4.5g/cm的松装密度可保证粉末之间的合理填充，减小空隙引起的最终制备的制动盘的气孔缺陷。
四、试验验证，本发明中采用的激光选区熔化参数，结合本发明其他步骤的处理，制备的制动盘内部组织均匀、无明显的成分偏析，成形件组织结构致密，晶粒细小，综合性能优良；选择棋盘式扫描有助于减小残余应力的累积，减小裂纹的开裂倾向。
五、喷砂处理和磨料流处理去除了制动盘表面的粘粉，保证了制动盘圆环盘体和散热筋表面的光滑；喷砂和磨料流处理之后，将制动盘加热到临界温度以上适当温度，保温一段时间，使金属内部发生弛豫，然后缓慢冷却，降低了制动盘内部的残余应力值。
总之，激光选区熔化成形零件精度可达±0.1mm，本发明采用激光选区熔化成形的方法整体制造高速列车制动盘，整个过程中无需设计砂模、砂模造型，只需通过制动盘三维模型即可直接增材制造出制动盘，极大地缩短制造周期；且制备的制动盘内部组织均匀、无明显的成分偏析，成形件组织结构致密，晶粒细小，综合性能优良。
进一步，本发明所述步骤s1通过制图软件建立的制动盘三维模型中，带有盘体中孔的制动盘主体的外径d1与制动盘主体内径d2之比d2/d1＝0.54-0.62；制动盘主体的圆环盘体厚度b2与散热筋高度b3之比b2/b3＝0.5-0.9。
这样，有利于摩擦热的快速扩散，实现了制动盘导风效率和制作安装工艺综合效果，该尺寸的制动盘强度满足机械扭矩和摩擦扭矩强度需求，结构更协调合理。
进一步，本发明所述步骤s1通过制图软件建立的制动盘三维模型中，散热筋为一端靠近圆环盘体内环，另一端靠近圆环盘体外环的圆弧条状结构，散热筋宽度为b4＝10mm，散热筋圆弧半径d3与制动盘主体的外径d1之比d3/d1＝0.35-0.45，散热筋入流角α1＝5-15°，散热筋的排流角α2＝25-35°。
这样，圆弧条状结构的散热筋，可使相邻散热筋之间形成同样呈圆弧槽形结构的通风槽，这种圆弧结构的散热筋和弧形结构的通风槽，在制动时兼具径向和切向等多方向的气流强制导向功能，引导制动盘体侧面空气沿径向、切向甚至轴向盘体外快速扩散流动，形成能高速流经散热筋侧面和通风槽槽底的空气流场，实现了对制动盘进行强制持续的通风散热，加快摩擦制动热量的扩散。经实验验证，上述散热筋圆弧半径与盘体外径之比、散热筋入流角和排流角，对高速列车行驶速度在200-400km/h时，散热筋所形成泵风通风效率最高，空气更换流动最快，减小制动盘风阻损失，同时能够提高高速列车制动盘的散热性能，减小热应力。
进一步，本发明所述步骤s1通过制图软件建立的制动盘三维模型中，散热筋与上下两个圆环盘体通过圆角形式实现过渡的具体形式是：从靠近圆环盘体内环的一端至靠近圆环盘体外环的一端，散热筋与上下两个圆环盘体通过半径从5mm渐变至10mm的变半径圆角形式实现过渡。
由于相邻两条散热筋，靠近圆环盘体内环的部分比靠近圆环盘体外环的部分间距小，采取从靠近圆环盘体内环的一端至靠近圆环盘体外环的一端，散热筋与上下两个圆环盘体通过半径从5mm渐变至10mm的变半径圆角形式实现过渡，在保证无外加支撑的上圆环盘面免支撑成型优良的同时，可减少散热筋的数量，避免了散热筋数量过多导致的制动盘整体重量增加和空气通道太小不利于散热的问题。
进一步，本发明所述步骤s3中使用的合金钢粉末的氧含量小于等于250ppm，50g粉的流动性小于等于25s。
对合金钢粉末氧含量的控制可减少制备过程中的氧化，防止气孔缺陷的产生，流动性的控制可保证铺粉过程的稳定。
进一步，本发明所述步骤s4中所述惰性气体为氩气，在制备过程中惰性气体保护气氛氧含量小于200PPM。
在制备过程中保证惰性气体保护气氛氧含量小于200PPM可避免制备过程中的氧化，防止气孔缺陷的产生。
进一步，本发明所述步骤s5通过线切割方法去除基板，通过机械方法去除安装孔座底部的网状工艺支撑的具体方法是：采用电火花线切割进行基板的去除，采用钳工或刀具切除安装孔座底部的网状工艺支撑，保证安装孔座底面平整。
进一步，本发明所述步骤s5中对制动盘整体进行喷砂处理的喷砂材质为刚玉砂，粒度为40-60目，喷砂时间为30-40min。
进一步，本发明所述步骤s5中对制动盘内部散热筋进行磨料流处理采用中等硬度磨料，磨粒目数100目，磨削压力5MPa，处理时间70-90min。
更进一步，本发明所述磨料流处理采用的中等硬度磨料为碳化硅、立方氮化硼、氧化铝或金钢砂中的一种或几种。
试验验证，上述喷砂处理、磨料流处理参数和磨料的选择对制动盘圆环盘体和散热筋的光滑效果好，处理后制动盘表面粗糙度Ra可降低至30-50μm。
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例一步骤s1绘制的制动盘三维结构示意图。
图2为本发明实施例一步骤s1绘制的制动盘俯视结构示意图。
图3为本发明实施例一步骤s1绘制的制动盘主视结构示意图。
图4为图3的C-C剖视示意图。
图5为本发明实施例一步骤s1绘制的制动盘散热筋部分剖视放大示意图。
图6为本发明实施例一步骤s1绘制的制动盘俯视尺寸标识示意图。(省略上圆环盘体、省略散热筋与圆环盘体之间的圆角过渡)
图7为本发明实施例一步骤s1绘制的制动盘正视尺寸标识示意图。
图8为本发明实施例一制备的制动盘的光学显微组织形貌图。
图9为本发明实施例一制备的制动盘的SEM组织形貌图。
具体实施方式
实施例一
一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其步骤如下：
s1、通过制图软件设计并建立制动盘的三维模型，如图1至图4所示，所述制动盘包括带有盘体中孔的制动盘主体和制动盘主体内侧沿径向均匀设置的安装孔座2.1，所述制动盘主体由上下两个带有盘体中孔的同轴圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)和夹在两圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)之间的均匀布置的散热筋1.3组成，所述安装孔座2.1上设置有安装孔2.2；所述散热筋1.3为一端靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)内环，另一端靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)外环的圆弧条状结构，散热筋1.3与上下两个圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)通过圆角1.4形式实现过渡；
s2、将所述制动盘的三维模型输入3D打印编辑软件中，在3D打印编辑软件中设计所述制动盘的工艺支撑结构，然后对所述制动盘三维模型与工艺支撑结构进行二维化处理，得到二维切片数据并将其导入激光增材制造系统；所述制动盘的工艺支撑结构包括布置在所述制动盘每个安装孔座2.1底部与基板上表面之间的网状工艺支撑，网状工艺支撑的网格间距为0.5mm；
s3、选择激光增材制造的原材料：24CrNiMo高性能合金钢粉末，所述合金钢粉末的粒度分布为D10为17μm，D50为30μm，D90为60μm，松装密度为4.2g/cm，氧含量小于等于250ppm，50g粉的流动性小于等于25s；合金钢粉末各组分及其质量百分比如下：C：0.25％，Cr：1％，Ni：1％，Mo：0.5％，Mn：1％，Si：0.38％，余量为Fe；
s4、激光增材制造，采用激光选区熔化方法在激光增材制造系统的基板上进行制动盘和工艺支撑结构的制备，整个制备过程在惰性气体保护气氛下进行，所述激光选区熔化的工艺参数为：激光功率为450W，扫描速度为900mm/s，扫描间距为0.08mm，铺粉层厚度为35μm，激光光斑大小：90μm，相位角为55°，扫描方式为棋盘式扫描；
s5、激光选区熔化制备完成后，清理浮粉，采用电火花线切割进行基板的去除，采用钳工或刀具切除安装孔座2.1底部的网状工艺支撑，保证安装孔座2.1底面平整；然后对制动盘整体进行喷砂处理，对制动盘内部的散热筋1.3进行磨料流处理；所述对制动盘整体进行喷砂处理的喷砂材质为刚玉砂，粒度为50目，喷砂时间为35min；对制动盘内部散热筋1.3进行磨料流处理采用中等硬度磨料，磨粒目数100目，磨削压力5MPa，处理时间80min，中等硬度磨料为碳化硅。
s6、对完成喷砂处理和磨料流处理后的制动盘进行去应力退火，即得，所述退火处理工艺为：升温至610℃，保温8h，随炉冷却到300℃，然后空冷至常温。
图6为本例步骤s1绘制的制动盘俯视尺寸标识示意图，仅仅是为了标明尺寸绘制的示意图，省略上圆环盘体1.1、省略散热筋1.3与圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)之间的圆角过渡等细节。图7为本例步骤s1绘制的制动盘正视尺寸标识示意图。其中，带有盘体中孔的制动盘主体的外径d1＝600mm，制动盘主体内径d2＝350mm；制动盘主体总厚度为b1＝80mm，制动盘主体的圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)厚度b2＝22mm，散热筋1.3高度b3＝36mm；散热筋1.3宽度为b4＝10mm，散热筋1.3圆弧半径d3＝254mm，散热筋1.3入流角α1＝7°，散热筋1.3的排流角α2＝30°；且从靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)内环的一端至靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)外环的一端，散热筋1.3与上下两个圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)通过半径从5mm渐变至10mm的变半径圆角1.4形式实现过渡，如图5所示，A部分为靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)外环的一端，B部分为靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)内环的一端。
本例中所述步骤s4中所述惰性气体为氩气，在制备过程中惰性气体保护气氛氧含量小于200PPM。
图8为本例制备的制动盘放大200倍的光学显微组织形貌图，从图中可以看出各层之间熔合良好，无未熔合、气孔等缺陷。图9为本例制备的制动盘放大5000倍的SEM组织形貌图，从图中可以看出组织分布均匀且晶粒细小。
实施例二
一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其步骤如下：
s1、通过制图软件设计并建立制动盘的三维模型，所述制动盘包括带有盘体中孔的制动盘主体和制动盘主体内侧沿径向均匀设置的安装孔座2.1，所述制动盘主体由上下两个带有盘体中孔的同轴圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)和夹在两圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)之间的均匀布置的散热筋1.3组成，所述安装孔座2.1上设置有安装孔2.2；所述散热筋1.3为一端靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)内环，另一端靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)外环的圆弧条状结构，散热筋1.3与上下两个圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)通过圆角1.4形式实现过渡；
s2、将所述制动盘的三维模型输入3D打印编辑软件中，在3D打印编辑软件中设计所述制动盘的工艺支撑结构，然后对所述制动盘三维模型与工艺支撑结构进行二维化处理，得到二维切片数据并将其导入激光增材制造系统；所述制动盘的工艺支撑结构包括布置在所述制动盘每个安装孔座2.1底部与基板上表面之间的网状工艺支撑，网状工艺支撑的网格间距为0.5mm；
s3、选择激光增材制造的原材料：24CrNiMo高性能合金钢粉末，所述合金钢粉末的粒度分布为D10为15μm，D50为25μm，D90为55μm，松装密度为4g/cm，氧含量小于等于250ppm，50g粉的流动性小于等于25s；合金钢粉末各组分及其质量百分比如下：C：0.23％，Cr：0.90％，Ni：0.90％，Mo：0.60％，Mn：1.15％，Si：0.45％，余量为Fe；
s4、激光增材制造，采用激光选区熔化方法在激光增材制造系统的基板上进行制动盘和工艺支撑结构的制备，整个制备过程在惰性气体保护气氛下进行，所述激光选区熔化的工艺参数为：激光功率为400W，扫描速度为800mm/s，扫描间距为0.06mm，铺粉层厚度为30μm，激光光斑大小：80μm，相位角为45°，扫描方式为棋盘式扫描；
s5、激光选区熔化制备完成后，清理浮粉，采用电火花线切割进行基板的去除，采用钳工或刀具切除安装孔座2.1底部的网状工艺支撑，保证安装孔座2.1底面平整；然后对制动盘整体进行喷砂处理，对制动盘内部的散热筋1.3进行磨料流处理；所述对制动盘整体进行喷砂处理的喷砂材质为刚玉砂，粒度为40目，喷砂时间为30min；对制动盘内部散热筋1.3进行磨料流处理采用中等硬度磨料，磨粒目数100目，磨削压力5MPa，处理时间70min，中等硬度磨料为立方氮化硼。
s6、对完成喷砂处理和磨料流处理后的制动盘进行去应力退火，即得，所述退火处理工艺为：升温至580℃，保温10h，随炉冷却到300℃，然后空冷至常温。
本例中所述步骤s1通过制图软件建立的制动盘三维模型中，带有盘体中孔的制动盘主体的外径d1与制动盘主体内径d2之比d2/d1＝0.54；制动盘主体总厚度为b1＝80mm，制动盘主体的圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)厚度b2与散热筋1.3高度b3之比b2/b3＝0.5；散热筋1.3宽度为b4＝10mm，散热筋1.3圆弧半径d3与制动盘主体的外径d1之比d3/d1＝0.35，散热筋1.3入流角α1＝5°，散热筋1.3的排流角α2＝25°；且从靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)内环的一端至靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)外环的一端，散热筋1.3与上下两个圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)通过半径从5mm渐变至10mm的变半径圆角1.4形式实现过渡。
本例中所述步骤s4中所述惰性气体为氩气，在制备过程中惰性气体保护气氛氧含量小于200PPM。
实施例三
一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其步骤如下：
s1、通过制图软件设计并建立制动盘的三维模型，所述制动盘包括带有盘体中孔的制动盘主体和制动盘主体内侧沿径向均匀设置的安装孔座2.1，所述制动盘主体由上下两个带有盘体中孔的同轴圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)和夹在两圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)之间的均匀布置的散热筋1.3组成，所述安装孔座2.1上设置有安装孔2.2；所述散热筋1.3为一端靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)内环，另一端靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)外环的圆弧条状结构，散热筋1.3与上下两个圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)通过圆角1.4形式实现过渡；
s2、将所述制动盘的三维模型输入3D打印编辑软件中，在3D打印编辑软件中设计所述制动盘的工艺支撑结构，然后对所述制动盘三维模型与工艺支撑结构进行二维化处理，得到二维切片数据并将其导入激光增材制造系统；所述制动盘的工艺支撑结构包括布置在所述制动盘每个安装孔座2.1底部与基板上表面之间的网状工艺支撑，网状工艺支撑的网格间距为0.5mm；
s3、选择激光增材制造的原材料：24CrNiMo高性能合金钢粉末，所述合金钢粉末的粒度分布为D10为20μm，D50为35μm，D90为65μm，松装密度4.5g/cm，氧含量小于等于250ppm，50g粉的流动性小于等于25s；合金钢粉末各组分及其质量百分比如下：C：0.27％，Cr：1.15％，Ni：1.15％，Mo：0.45％，Mn：0.90％，Si：0.30％，余量为Fe；
s4、激光增材制造，采用激光选区熔化方法在激光增材制造系统的基板上进行制动盘和工艺支撑结构的制备，整个制备过程在惰性气体保护气氛下进行，所述激光选区熔化的工艺参数为：激光功率为500W，扫描速度为1000mm/s，扫描间距为0.10mm，铺粉层厚度为40μm，激光光斑大小：100μm，相位角为67°，扫描方式为棋盘式扫描；
s5、激光选区熔化制备完成后，清理浮粉，采用电火花线切割进行基板的去除，采用钳工或刀具切除安装孔座2.1底部的网状工艺支撑，保证安装孔座2.1底面平整；然后对制动盘整体进行喷砂处理，对制动盘内部的散热筋1.3进行磨料流处理；所述对制动盘整体进行喷砂处理的喷砂材质为刚玉砂，粒度为60目，喷砂时间为40min；对制动盘内部散热筋1.3进行磨料流处理采用中等硬度磨料，磨粒目数100目，磨削压力5MPa，处理时间90min，中等硬度磨料为氧化铝；
s6、对完成喷砂处理和磨料流处理后的制动盘进行去应力退火，即得；所述退火处理工艺为：升温至650℃，保温6h，随炉冷却到300℃，然后空冷至常温。
本例中所述步骤s1通过制图软件建立的制动盘三维模型中，带有盘体中孔的制动盘主体的外径d1与制动盘主体内径d2之比d2/d1＝0.62；制动盘主体总厚度为b1＝80mm，制动盘主体的圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)厚度b2与散热筋1.3高度b3之比b2/b3＝0.9；散热筋1.3宽度为b4＝10mm，散热筋1.3圆弧半径d3与制动盘主体的外径d1之比d3/d1＝0.45，散热筋1.3入流角α1＝15°，散热筋1.3的排流角α2＝35°；且从靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)内环的一端至靠近圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)外环的一端，散热筋1.3与上下两个圆环盘体(上圆环盘体1.1和下圆环盘体1.2)通过半径从5mm渐变至10mm的变半径圆角1.4形式实现过渡。
本例中所述步骤s4中所述惰性气体为氩气，在制备过程中惰性气体保护气氛氧含量小于200PPM。

Claims (10)

1.一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其步骤如下：
s1、通过制图软件设计并建立制动盘的三维模型，所述制动盘包括带有盘体中孔的制动盘主体和制动盘主体内侧沿径向均匀设置的安装孔座，所述制动盘主体由上下两个带有盘体中孔的同轴圆环盘体和夹在两圆环盘体之间的均匀布置的散热筋组成，所述安装孔座上设置有安装孔；所述散热筋为一端靠近圆环盘体内环，另一端靠近圆环盘体外环的条状结构，散热筋与上下两个圆环盘体通过圆角形式实现过渡；
s2、将所述制动盘的三维模型输入3D打印编辑软件中，在3D打印编辑软件中设计所述制动盘的工艺支撑结构，然后对所述制动盘三维模型与工艺支撑结构进行二维化处理，得到二维切片数据并将其导入激光增材制造系统；所述制动盘的工艺支撑结构包括布置在所述制动盘每个安装孔座底部与基板上表面之间的网状工艺支撑；
s3、选择激光增材制造的原材料：24CrNiMo高性能合金钢粉末，所述合金钢粉末的粒度分布为D10为15-20μm，D50为25-35μm，D90为55-65μm，松装密度为4-4.5g/cm，合金钢粉末各组分及其质量百分比如下：C：0.23-0.27％，Cr：0.90-1.15％，Ni：0.90-1.15％，Mo：0.45-0.60％，Mn：0.90-1.15％，Si：0.30-0.45％，余量为Fe；
s4、激光增材制造，采用激光选区熔化方法在激光增材制造系统的基板上进行制动盘和工艺支撑结构的制备，整个制备过程在惰性气体保护气氛下进行，所述激光选区熔化的工艺参数为：激光功率为400-500W，扫描速度为800-1000mm/s，扫描间距为0.06-0.10mm，铺粉层厚度为30-40μm，激光光斑大小：80-100μm，扫描方式为棋盘式扫描；
s5、激光选区熔化制备完成后，清理浮粉，通过线切割方法去除基板，通过机械方法去除安装孔座底部的网状工艺支撑；然后对制动盘整体进行喷砂处理，对制动盘内部的散热筋进行磨料流处理；
s6、对完成喷砂处理和磨料流处理后的制动盘进行去应力退火，即得；所述退火处理工艺为：升温至580-650℃，保温6-10h，随炉冷却到300℃，然后空冷至常温。
2.根据权利要求1所述的一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤s1通过制图软件建立的制动盘三维模型中，带有盘体中孔的制动盘主体的外径d1与制动盘主体内径d2之比d2/d1＝0.54-0.62；制动盘主体的圆环盘体厚度b2与散热筋高度b3之比b2/b3＝0.5-0.9。
3.根据权利要求1所述的一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤s1通过制图软件建立的制动盘三维模型中，散热筋为一端靠近圆环盘体内环，另一端靠近圆环盘体外环的圆弧条状结构，散热筋宽度为b4＝10mm，散热筋圆弧半径d3与制动盘主体的外径d1之比d3/d1＝0.35-0.45，散热筋入流角α1＝5-15°，散热筋的排流角α2＝25-35°。
4.根据权利要求1或3所述的一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤s1通过制图软件建立的制动盘三维模型中，散热筋与上下两个圆环盘体通过圆角形式实现过渡的具体形式是：从靠近圆环盘体内环的一端至靠近圆环盘体外环的一端，散热筋与上下两个圆环盘体通过半径从5mm渐变至10mm的变半径圆角形式实现过渡。
5.根据权利要求1所述的一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤s3中使用的合金钢粉末的氧含量小于等于250ppm，50g粉的流动性小于等于25s。
6.根据权利要求1所述的一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤s4中所述惰性气体为氩气，在制备过程中惰性气体保护气氛氧含量小于200PPM。
7.根据权利要求1所述的一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤s5通过线切割方法去除基板，通过机械方法去除安装孔座底部的网状工艺支撑的具体方法是：采用电火花线切割进行基板的去除，采用钳工或刀具切除安装孔座底部的网状工艺支撑，保证安装孔座底面平整。
8.根据权利要求1所述的一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤s5中对制动盘整体进行喷砂处理的喷砂材质为刚玉砂，粒度为40-60目，喷砂时间为30-40min。
9.根据权利要求1所述的一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤s5中对制动盘内部散热筋进行磨料流处理采用中等硬度磨料，磨粒目数100目，磨削压力5MPa，处理时间70-90min。
10.根据权利要求9所述的一种高速列车制动盘的激光增材制造方法，其特征在于：所述磨料流处理采用的中等硬度磨料为碳化硅、立方氮化硼、氧化铝或金钢砂中的一种或几种。
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