CN110303229B - 一种层流等离子体增材制造成形高强钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种层流等离子体增材制造成形高强钢的方法，用SolidWorks软件建立三维模型，用层流等离子体增材制造专用设备对三维模型进行模型切片，得到成形轨迹，设置成形参数，层流等离子体增材制造设备起弧，热源沿着底层轨迹预热基板，送丝，同时进行高强钢的成形，结束后空冷。本发明方法可避免了层流等离子体金属增材制造成形高强钢出现的表面氧化严重、内部缺陷多、成形质量低等问题，同时可避免传统焊接及热冲压成形高强钢时成形精度低、大部件成形能力差等问题；同时，本发明可通过控制焊丝的填充数量以及填充位置以实现精准控制成形件形状及精度，不仅可用于一般形状的高强钢成形，还可广泛应用于尺寸精确的高强钢异形件的成形。

Description

一种层流等离子体增材制造成形高强钢的方法
技术领域
本发明涉及一种高强钢，具体涉及一种高强钢成形方法。
背景技术
高强钢是采用微合金化和机械热轧技术生产的强度不小于460MPa的结构钢材，由于具有强度高、延性及韧性好、加工性能等特点，高强钢广泛应用在工程机械、港口机械、汽车制造、建筑等行业。
高强钢具有高屈服强度和超高抗拉强度的优势，但它的塑性低，不适宜传统的冷成形方法加工，目前高强钢部件的成形方法主要有三种：焊接、热冲压和热态金属气压成形。焊接在高强钢的成形中应用比较成熟，具有成本低、设备要求低且操作方便等优势，因此，焊接在高强钢成形中应用非常广泛，是高强钢成形最普遍的方法。热冲压主要用于汽车高强钢部件的成形，具有成形性好、成形精度高、成形件具有较好的表面硬度和刚度等优点。热态金属气压成形技术是在液压成形和吹塑成形的基础上形成和发展起来的金属高温快速成形技术，具有成形性能好、复杂异形件成形能力强等特点。这三种高强钢成形方法各有优点，在不同的应用场景被选择采用。
然而，焊接、热冲压和热态金属气压成形高强钢都存在不可避免的缺点。焊接成形高强钢时，焊接接头的性能差、焊接成形精度较低；热冲压成形高强钢对模具的要求高，成形效率低并且成本较高；热态金属气压成形对模具的依赖性较强，且对高强钢大部件成形往往无能为力。
层流等离子体金属增材制造具有成形速度、成本低、异形件成形能力强等特点，目前已经应用在不锈钢、钛合金等材料的成形。而由于高强钢抗氧化性较弱，用层流等离子体金属增材制造成形高强钢往往会由于工艺参数的选择不当，导致表面氧化严重、内部缺陷多、成形质量差等情况。目前，对层流等离子体金属增材制造成形高强钢的研究还不成熟，尤其是层流等离子体金属增材制造成形高强钢的优化成形工艺目前还是一片空白。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种不依赖模具、成形速度快、基体组织性能均匀及高效低成本的层流等离子体增材制造成形高强钢的方法。
技术方案：本发明提供了一种层流等离子体增材制造成形高强钢的方法，包括以下步骤：
(1)用SolidWorks软件建立三维模型；
(2)用层流等离子体增材制造专用设备对三维模型进行模型切片，得到成形轨迹；
(3)设置成形参数，包括电压、电流、气体流量、送丝速度、成形速度及单层成形高度；所述气体包括发生气体和保护气体，流量分别为2-5L/min和5-15L/min；所述电压为60-70V，电流为50-80A，送丝速度为10-30mm/s，成形速度1-10mm/s，单层成形高度取值范围0-3mm；
(4)层流等离子体增材制造设备起弧，热源沿着底层轨迹预热基板；
(5)送丝，同时进行高强钢的成形，结束后空冷。
进一步，步骤(3)所述气体为高纯氩气，纯度为99.999％。
进一步，步骤(5)高强钢成形过程中需要对高度方向上的误差进行补偿：对于连续多层成形轨迹相同的部分，预计到高度方向上出现误差，在建模时预留若干补偿层，当成形到补偿层时，在成形高度低于设计高度的部分送丝来弥补高度的不足，未出现误差的地方手动停止送丝，补偿后达到成形层平整的效果。
有益效果：本发明方法可避免了层流等离子体金属增材制造成形高强钢出现的表面氧化严重、内部缺陷多、成形质量低等问题，同时可避免传统焊接及热冲压成形高强钢时成形精度低、大部件成形能力差等问题，提高了试验效率，节约了研究成本，更为稳定、高效、环保；同时，本发明可通过控制焊丝的填充数量以及填充位置以实现精准控制成形件形状及精度，不仅可用于一般形状的高强钢成形，还可广泛应用于尺寸精确的高强钢异形件的成形。
附图说明
图1为ER83-G高强钢薄壁凸台件模型示意图；
图2为ER83-G高强钢圆台件模型示意图；
图3为S960QL高强钢方桶件模型示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：层流等离子体增材制造成形ER83-G高强钢薄壁凸台件，ER83-G高强钢的化学成分如表1所示：
表1ER83-G高强钢焊丝化学成分
Figure GDA0003138009440000031
采用层流等离子体增材制造成形ER83-G高强钢薄壁凸台件，其操作步骤如下：
1、用SolidWorks软件建立三维模型，如图1所示；
2、用层流等离子体增材制造专用软件进行模型切片，成形轨迹共92层，其中方桶部分62层(预留补偿层两层)，棱台部分30层；
3、设置好成形参数，具体成形参数如表2所示；
表2层流等离子体增材制造成形ER83-G高强钢薄壁凸台件具体参数
Figure GDA0003138009440000032
4、层流等离子体增材制造设备起弧，进行预热程序，层流等离子发生器沿着底部层轨迹运动，进行基板预热，预热一圈，预热时长40s；
5、在预先设置好的参数下启动成形程序，进行高强钢的成形，薄壁凸台件在成形过程中，层流等离子发生器抬枪点在同一位置，每次抬枪时长1s，对熔池造成冲击，导致抬枪点处高度低于设计高度，因此在抬枪点高度误差达到一定误差后，进行补偿，成形补偿层时只在抬枪点进行送丝，其余部分停止送丝，成形完成，空冷试件。
实施例2：层流等离子体增材制造成形ER83-G高强钢圆台件，与实施例1大致相同，所不同的是，成形轨迹共22层，其中圆桶部分12层(预留补偿层两层)，棱台部分10层，如图2所示；具体成形参数如表3所示：
表3层流等离子体增材制造成形ER83-G高强钢圆台件具体参数
Figure GDA0003138009440000033
预热时长20s。
实施例3：层流等离子体增材制造成形S960QL高强钢方桶件，S960QL高强钢的化学成分如表4所示：
表4S960QL高强钢的主要化学成分
Figure GDA0003138009440000041
与实施例2大致相同，所不同的是，用等离子3D打印专用软件进行模型切片，成形轨迹共42层，(预留补偿层两层)，如图3所示；具体成形参数如表5所示：
表5层流等离子体增材制造成形S960QL高强钢方桶件具体参数
Figure GDA0003138009440000042

Claims (3)

1.一种层流等离子体增材制造成形高强钢的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）用SolidWorks软件建立三维模型；
（2）用层流等离子体增材制造专用设备对三维模型进行模型切片，得到成形轨迹；
（3）设置成形参数，包括电压、电流、气体流量、送丝速度、成形速度及单层成形高度；所述气体包括发生气体和保护气体，流量分别为2-5L/min和5-15L/min；所述电压为60-70V，电流为50-80A，送丝速度为10-30mm/s，成形速度1-10mm/s，单层成形高度取值范围0-3mm；
（4）层流等离子体增材制造设备起弧，热源沿着底层轨迹预热基板；
（5）送丝，同时进行高强钢的成形，结束后空冷；
所述高强钢的形状为薄壁凸台件、圆台件或方桶件。
2.根据权利要求1所述的层流等离子体增材制造成形高强钢的方法，其特征在于：步骤（3）所述气体为高纯氩气，纯度为99.999％。
3.根据权利要求1所述的层流等离子体增材制造成形高强钢的方法，其特征在于：步骤（5）高强钢成形过程中需要对高度方向上的误差进行补偿：对于连续多层成形轨迹相同的部分，预计到高度方向上出现误差，在建模时预留若干补偿层，当成形到补偿层时，在成形高度低于设计高度的部分送丝来弥补高度的不足，未出现误差的地方手动停止送丝，补偿后达到成形层平整的效果。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102922108A (zh) * 2012-11-09 2013-02-13 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种等离子焊接快速成形的系统和方法
CN105234538A (zh) * 2015-11-10 2016-01-13 武汉高力热喷涂工程有限责任公司 一种龙门式大功率等离子弧3d打印设备与方法
CN108067715A (zh) * 2016-11-11 2018-05-25 南京理工大学 一种机器人等离子弧双冷填丝自动增材制造方法及装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102922108A (zh) * 2012-11-09 2013-02-13 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种等离子焊接快速成形的系统和方法
CN105234538A (zh) * 2015-11-10 2016-01-13 武汉高力热喷涂工程有限责任公司 一种龙门式大功率等离子弧3d打印设备与方法
CN108067715A (zh) * 2016-11-11 2018-05-25 南京理工大学 一种机器人等离子弧双冷填丝自动增材制造方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
The double-wire feed and plasma arc additive manufacturing process for deposition in Cr-Ni stainless steel;Yuehai Feng,et al;《Journal of Materials Processing Technology》;20180921;第259卷;第206-215页 *
不锈钢电弧增材制造成形工艺研究及尺寸精度控制;尹凡;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;中国学术期刊(光盘版)电子杂志社;20170715(第2017年07期);B022-42 第21-22页 *

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