CN111958955A - 一种尼龙sls制件平面翘曲矫正方法 - Google Patents

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唐照芳
何江涛
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Abstract

本发明提供了一种尼龙SLS成形的无人机功能件平面翘曲矫正方法，具体包括以下步骤：首先对尼龙SLS成形的无人机功能件进行热处理，释放成形制件中的残余应力；然后对其进行调湿处理，将制件的含水率调整至平衡状态；接着对无人机功能件的翘曲平面施加压力，同时对其进行加热以达到翘曲矫正和干燥的目的；最后对功能件翘曲平面的凸面进行喷丸处理与结构定型，将制件平面的翘曲变形量控制在允许范围内。本发明有效降低制件平面的尺寸和形位公差，同时进一步增强材料的力学性能，全面提升尼龙SLS无人机功能件的成形精度和产品质量。

Description

一种尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法
技术领域
本发明涉及尼龙SLS制件的后处理领域，尤其涉及一种尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法。
背景技术
基于粉床离散堆积成形的选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)技术，是通过控制激光按照零件截面轮廓的分层信息，对粉末材料进行有选择地分层烧结，并使烧结成形的实体部分逐层叠加进而生成所需零件的一种增材制造工艺。
以尼龙粉末为成形材料的SLS工艺因成形产品强度高、耐磨性好、易于加工等特点，可用于直接制造具有任意复杂三维结构的快速原型和零部件产品，因此被广泛应用于航空航天、国防工业、汽车制造及器械等领域。
但尼龙SLS制件成形后其平面经常出现四角上扬、四边呈弧形的翘曲变形现象，造成较大的尺寸和形位误差，严重影响制件的成形精度和装配性能，无法满足实际使用要求。
发明内容
本发明的目的：为克服现有技术的不足，本发明提供一种尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，通过应力释放与热压矫正，恢复制件平面的平直度，以解决现有技术下尼龙SLS制件因翘曲变形而无法使用的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，包括以下步骤：
步骤一、对尼龙SLS制件进行真空加热处理，释放制件中的残余应力；
步骤二、对尼龙SLS制件进行调湿处理，将制件的含水率控制在0.2％～3％之间；
步骤三、对尼龙SLS制件施加载荷的同时对其进行加热，完成对制件的翘曲矫正和干燥处理；
步骤四、对尼龙SLS成形的无人机功能件翘曲平面的凸面进行喷丸处理，最终得到满足尺寸和形位公差要求的尼龙SLS无人机功能件。
进一步的，对尼龙SLS制件进行真空加热处理包括：
真空度范围为10-1～10-3Pa；
加热温度控制在尼龙材料的玻璃化转变初始温度到熔化初始温度之间，保温时长为1～4小时。
进一步的，冷却方式为随炉冷却，当温度降至40℃后将制件取出，进行自然空冷。
进一步的，所述步骤二中，对尼龙SLS制件进行调湿处理包括：
将尼龙SLS制件放置在温度为40～60℃、相对湿度60％～90％的环境中。
进一步的，所述步骤三中，对尼龙SLS制件进行翘曲矫正和干燥处理包括：
将尼龙SLS制件放入加热装置中，使翘曲平面中的凸面直接接触加热板；
对翘曲平面施加0.05～0.1MPa的压强，将翘曲平面压平；
将加热装置中的真空度控制在10-1～10-3Pa之间；
将温度加热至比尼龙材料玻璃化温度低20K到比玻璃化温度高10K的温度区间后对尼龙SLS制件进行保温保压，保温保压时间控制在1～3小时之间。
进一步的，冷却方式为随炉冷却，冷却的同时保持压力，当温度降至40℃后将制件取出，进行自然空冷。
进一步的，所述步骤四中，对成形的无人机功能件进行喷丸处理与结构定型包括：将制件中翘曲平面的凸面放置在喷口下方，对平面四周进行固定；
选用平均直径为0.2～0.5mm的尼龙喷丸，对翘曲平面的凸面中心及对角线进行喷丸处理。
进一步的，控制喷丸速度为15～35m/s。
进一步的，控制喷丸角度为60°～90°。
进一步的，控制喷丸时间为30～120s。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明利用尼龙材料的吸湿特性以及水分蒸发产生的干缩效应对尼龙SLS成形的无人机功能件进行翘曲矫正，可以有效避免制件在高温矫正过程中出现干裂的现象；
(2)本发明对进行矫正后的尼龙SLS成形的无人机功能件翘曲平面的凸面进行局部喷丸处理，借助喷丸处理后的残余压应力强化作用，进一步稳定制件平面翘曲矫正效果的同时能够提升制件的机械性能。
附图说明
图1为本发明的尼龙SLS成形的无人机功能件平面翘曲矫正工艺流程图；
图2为本发明的尼龙SLS成形的无人机功能件平面翘曲矫正与干燥工序示意图，其中1-尼龙SLS制件，2-加热板，3-压平装置；
图3为本发明的尼龙SLS成形的无人机功能件平面翘曲喷丸定型工序示意图，其中4-固定点，5-翘曲凸面，6-喷丸区域。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进行进一步解释和说明。
一种尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一、对尼龙SLS制件进行真空加热处理，释放制件中的残余应力；
步骤二、对尼龙SLS制件进行调湿处理，将制件的含水率控制在0.2％～3％之间；
步骤三、对尼龙SLS制件施加载荷的同时对其进行加热，完成对制件的翘曲矫正和干燥处理；
步骤四、对尼龙SLS成形的无人机功能件翘曲平面的凸面进行喷丸处理，最终得到满足尺寸和形位公差要求的尼龙SLS无人机功能件。
对尼龙SLS制件进行真空加热处理包括：
真空度范围为10-1～10-3Pa；
加热温度控制在尼龙材料的玻璃化转变初始温度到熔化初始温度之间，保温时长为1～4小时。冷却方式为随炉冷却，当温度降至40℃后将制件取出，进行自然空冷。
对尼龙SLS制件进行调湿处理包括：
将尼龙SLS制件放置在温度为40～60℃、相对湿度60％～90％的环境中。
对尼龙SLS制件进行翘曲矫正和干燥处理包括：
将尼龙SLS制件放入加热装置中，使翘曲平面中的凸面直接接触加热板；
对翘曲平面施加0.05～0.1MPa的压强，将翘曲平面压平；
将加热装置中的真空度控制在10-1～10-3Pa之间；
将温度加热至比尼龙材料玻璃化温度低20K到比玻璃化温度高10K的温度区间后对尼龙SLS制件进行保温保压，保温保压时间控制在1～3小时之间。冷却方式为随炉冷却，冷却的同时保持压力，当温度降至40℃后将制件取出，进行自然空冷。
对成形的无人机功能件进行喷丸处理与结构定型包括：将制件中翘曲平面的凸面放置在喷口下方，对平面四周进行固定；
选用平均直径为0.2～0.5mm的尼龙喷丸，对翘曲平面的凸面中心及对角线进行喷丸处理，控制喷丸速度为15～35m/s，控制喷丸角度为60°～90°，控制喷丸时间为30～120s。
实施例1
本实施例选取尺寸为90mm×60mm×5mm、壁厚0.8mm的四旋翼无人机电路盒。经尼龙SLS成形后平面四角向上翘曲，平面最大翘曲高度为2.4mm。采用本发明所提供的方法对该零件进行翘曲矫正，具体操作步骤如下：
步骤一：将电路盒放入真空退火炉后开始抽真空，当炉内真空度达到2×10-2Pa后开始加热；将温度加热到155±5℃后保温1小时；保温结束后随炉冷却，当炉内温度低于40℃时将电路盒取出，进行自然空冷。
步骤二：将电路盒放置在温度为50℃、相对湿度70％的环境中进行调湿处理，将电路盒的含水率调节至0.2％。
步骤三：根据图2所示原理，将电路盒放入加热装置中，使翘曲平面中的凸面直接接触加热板；对翘曲平面施加0.05MPa的压强，将翘曲平面压平；当加热装置中的真空度达到2×10-2Pa后开始加热；将温度加热至135±5℃进行保温保压，保温保压1小时后随炉冷却，冷却的同时保持压力，当温度降至40℃后将S1取出，进行自然空冷，完成对电路盒的翘曲矫正。
步骤四：根据图3所示原理，将电路盒翘曲平面中的凸面朝上放置于固定基板上，对平面四边进行固定；选用直径为0.2mm的尼龙喷丸，以28m/s的喷丸速度、85°喷丸角度对平面中心及对角线区域进行时长为80s的喷丸定型处理。
最终使得电路盒平面翘曲获得矫正，平面最大翘曲高度为0.08mm。
实施例2
本实施例选取尺寸为145mm×70mm×60mm，壁厚1.2mm，整体尺寸精度要求保持在±0.1mm内的无人机吊舱前支架。经尼龙SLS成形后产生平面翘曲，平面最大翘曲高度为1.77mm。采用本发明所提供的方法对该零件进行翘曲矫正，具体操作步骤如下：
步骤一：将支架放入真空退火炉后开始抽真空，当炉内真空度达到2×10-2Pa后开始加热；将温度加热到200±5℃后保温1小时；保温结束后随炉冷却，当炉内温度低于40℃时将支架取出，进行自然空冷。
步骤二：将支架放置在温度为60℃、相对湿度80％的环境中进行调湿处理，将S2的含水率调节至0.3％。
步骤三：根据图2所示原理，将支架放入加热装置中，使翘曲平面中的凸面直接接触加热板；对翘曲平面施加0.1MPa的压强，将翘曲平面压平；当加热装置中的真空度达到2×10-2Pa后开始加热；将温度加热至185±5℃进行保温保压，保温保压1小时后随炉冷却，冷却的同时保持压力，当温度降至40℃后将支架取出，进行自然空冷，完成对支架的翘曲矫正。
步骤四：根据图3所示原理，将支架翘曲平面中的凸面朝上放置于固定基板上，对平面四边进行固定；选用直径为0.4mm的尼龙喷丸，以20m/s的喷丸速度、65°喷丸角度对平面中心及对角线区域进行时长为60s的喷丸定型处理。
最终使得支架的平面翘曲获得矫正，最大翘曲高度为0.1mm。
本发明提供的矫正方法能够对尼龙SLS成形的无人机功能件平面翘曲变形进行针对性矫正，有效降低制件平面的尺寸和形位公差，同时进一步增强材料的力学性能，全面提升尼龙SLS无人机功能件的成形精度和产品质量。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对尼龙SLS制件进行真空加热处理，释放制件中的残余应力；
步骤二、对尼龙SLS制件进行调湿处理，将制件的含水率控制在0.2％～3％之间；
步骤三、对尼龙SLS制件施加载荷的同时对其进行加热，完成对制件的翘曲矫正和干燥处理；
步骤四、对尼龙SLS成形的无人机功能件翘曲平面的凸面进行喷丸处理，最终得到满足尺寸和形位公差要求的尼龙SLS无人机功能件。
2.根据权利要求1所述的尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，其特征在于，所述步骤一中，对尼龙SLS制件进行真空加热处理包括：
真空度范围为10-1～10-3Pa；
加热温度控制在尼龙材料的玻璃化转变初始温度到熔化初始温度之间，保温时长为1～4小时。
3.根据权利要求2所述的尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，其特征在于，冷却方式为随炉冷却，当温度降至40℃后将制件取出，进行自然空冷。
4.根据权利要求1所述的尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，其特征在于，所述步骤二中，对尼龙SLS制件进行调湿处理包括：
将尼龙SLS制件放置在温度为40～60℃、相对湿度60％～90％的环境中。
5.根据权利要求1所述的尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，其特征在于，所述步骤三中，对尼龙SLS制件进行翘曲矫正和干燥处理包括：
将尼龙SLS制件放入加热装置中，使翘曲平面中的凸面直接接触加热板；
对翘曲平面施加0.05～0.1MPa的压强，将翘曲平面压平；
将加热装置中的真空度控制在10-1～10-3Pa之间；
将温度加热至比尼龙材料玻璃化温度低20K到比玻璃化温度高10K的温度区间后对尼龙SLS制件进行保温保压，保温保压时间控制在1～3小时之间。
6.根据权利要求5所述的尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，其特征在于，冷却方式为随炉冷却，冷却的同时保持压力，当温度降至40℃后将制件取出，进行自然空冷。
7.根据权利要求1所述的尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，其特征在于，所述步骤四中，对成形的无人机功能件进行喷丸处理与结构定型包括：将制件中翘曲平面的凸面放置在喷口下方，对平面四周进行固定；
选用平均直径为0.2～0.5mm的尼龙喷丸，对翘曲平面的凸面中心及对角线进行喷丸处理。
8.根据权利要求7所述的尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，其特征在于，控制喷丸速度为15～35m/s。
9.根据权利要求7所述的尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，其特征在于，控制喷丸角度为60°～90°。
10.根据权利要求7所述的尼龙SLS制件平面翘曲矫正方法，其特征在于，控制喷丸时间为30～120s。
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