CN116921694A - 一种用于增材制造抗氢钢hr-2合金的打印工艺及后处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于增材制造抗氢钢HR‑2合金的打印工艺及后处理方法，包括步骤：零件打印模型预处理、打印工艺轨迹规划、将轨迹数据送入打印机打印、打印件热处理、使用线切割将零件从打印基板上切割下来、对零件进行喷丸处理、使用数控机床对零件的装配特征进行精加工；本发明使用增材制造、喷丸以及数控加工这三种复合工艺来制造具有轻量化复杂构型的抗氢钢HR‑2合金零件，即可以保证零件的机械性能，又可以保证关键装配特征的制造精度；同时由于零件本身是增材制造一体化成型而来，其在氢环境下服役的可靠性更好；最后，同传统的多部件成型与焊接相比，本发明在轻量化的复杂异形构件的制造上有一定的价格优势。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法。
背景技术
氢能源是低碳时代的最佳能源选择，然而国内现有复杂异形的储氢、加氢构件的制造技术并不成熟，其制造工艺复杂，制造成本高，很难保证制造产品的储氢安全性能；同时航天、汽车等领域对产品轻量化的要求也越来越高，而传统工艺很难制造出这类轻量化结构。
现有的技术方案中储氢构件主要为金属旋压技术、数控切削、铸造与焊接制作，然而对异形的储氢筒体、阀体等构件而言，这类传统的加工方法制造工艺复杂，制造成本高，容器承压低，很难保证制造产品的储氢安全性能；同时航天、汽车等领域对产品轻量化的要求也越来越高，而传统工艺几乎无法制造出这类轻量化结构。而增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技术通过逐层添加材料的方式成型三维物体，尤其适合于复杂零件的制造，在航空航天、生物医疗、汽车制造等领域有着广泛的应用，为解决轻量化复杂异形的储氢、加氢构件的制造难题提供了新的可能。
所以研发出一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，包括以下步骤：
S1、零件打印模型预处理；包括根据机加工余量需求，对需要机加工的装配接口特征以及加工基准面进行再设计；
S2、打印工艺轨迹规划；包括先对S1中的模型进行摆放并设计数控加工对刀点，然后对该模型进行添加支撑，最后根据工艺参数对模型进行切片填充操作，得到打印轨迹；
S3、将轨迹数据送入打印机打印；
S4、打印件热处理；
S5、使用线切割将零件从打印基板上切割下来；
S6、对零件进行喷丸处理；
S7、使用数控机床对零件的装配特征进行精加工。
本发明的有益效果在于：
本发明使用增材制造、喷丸以及数控加工这三种复合工艺来制造具有轻量化复杂构型的抗氢钢HR-2合金零件，即可以保证零件的机械性能，又可以保证关键装配特征的制造精度；同时由于零件本身是增材制造一体化成型而来，其在氢环境下服役的可靠性更好；最后，同传统的多部件成型与焊接相比，本发明在轻量化的复杂异形构件的制造上有一定的价格优势。
附图说明
图1是本发明的制造方法流程图；
图2是本发明实施例1中的模型的四分之一图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，包括以下步骤：
S1、零件打印模型预处理；包括根据机加工余量需求，对需要机加工的装配接口特征以及加工基准面进行再设计；
S2、打印工艺轨迹规划；包括先对S1中的模型进行摆放并设计数控加工对刀点，然后对该模型进行添加支撑，最后根据工艺参数对模型进行切片填充操作，得到打印轨迹；
S3、将轨迹数据送入打印机打印；
S4、打印件热处理；
S5、使用线切割将零件从打印基板上切割下来；
S6、对零件进行喷丸处理；
S7、使用数控机床对零件的装配特征进行精加工。
在一些实施例中，在步骤S1中机加工余量为0.5mm～2mm。
在一些实施例中，在步骤S2中，切片层厚为0.03mm～0.05mm，搭接间隔为0.08mm～0.12mm，填充角度为60°，上下层角度增量为67°，填充方式为条带扫描方式，条带宽度为5mm～10mm，条带搭接0.5mm～1mm。
在一些实施例中，在步骤S3中，打印的激光功率为200W～240W，扫描速度为800mm/s～1200mm/s，氧含量<100ppm，光斑大小50μm～100μm。
在一些实施例中，在步骤S3中打印机为选区激光熔化设备。
在一些实施例中，在步骤S4中，使用真空热处理炉执行退火热处理，抽真空至10- 4MPa～10-5MPa，升温至800℃～950℃，保温1h～3h，升温速率10℃/min～20℃/min，然后炉冷至500℃～600℃，最后进行对炉膛进行气冷至室温。
在一些实施例中，在步骤S5中，线切割为中走丝和慢走丝线切割。
在一些实施例中，在步骤S6中，执行两步喷丸处理，先使用钢丸进行一次喷丸处理，然后使用玻璃丸进行二次喷丸处理。钢丸的直径为0.2mm～1mm的，喷头距离50mm～100mm，压力为0.5MPa～1.2MPa；玻璃丸的直径为直径为0.2mm～0.8mm的，喷头距离50mm～100mm，压力为0.5MPa～1.2MPa。
实施例1
采用用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，对图2所示抗氢钢HR-2合金零件进行打印及后处理，具体为：
S1、零件打印模型预处理。根据机加工余量1mm，对需要机加工的装配接口特征以及加工基准面进行再设计。
S2、打印工艺轨迹规划。具体为：先对S1中的模型进行摆放并设计数控加工对刀点，然后对该模型进行添加支撑，最后根据工艺参数对模型进行切片填充操作，得到打印轨迹。其中，切片层厚为0.03mm，搭接间隔为0.08mm，填充角度为60°，上下层角度增量为67°，填充方式为条带扫描方式，条带宽度为10mm，条带搭接为1mm。
S3、将轨迹数据送入SLM打印机打印。其中打印的激光功率为240W，扫描速度为1200mm/s，氧含量<100ppm，光斑大小76μm。
S4、打印件热处理，具体步骤为：使用真空热处理炉进行退火热处理，抽真空至10-5MPa，升温至900℃，保温2h，升温速率～20℃/min，然后炉冷至600℃，最后进行对炉膛进行气冷至室温。
S5、使用中走丝线切割将零件从打印基板上切割下来。
S6、对零件进行喷丸处理。具体为，先使用直径为0.2mm～0.6mm的钢丸对零件进行喷丸处理，喷头距离70mm，压力为0.85MPa；然后使用直径为0.2mm～0.5mm的玻璃丸对零件进行再次喷丸处理，喷头距离70mm，压力为0.85MPa。
S7、使用数控机床对零件的装配特征进行精加。
经检测，经后处理的样品致密度为99.85％，抗拉强度为Rm＝772MPa，屈服强度为Rp0.2＝629MPa，延伸率为A＝48％，可以满足常规储氢元器件的使用性能需求；同时，经三维测量，打印区域的最大误差为0.15mm，表面粗糙度为Ra＝3.3μm，机加工区域的最大误差为0.005mm，可以满足常规储氢元器件的尺寸精度要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、零件打印模型预处理；包括根据机加工余量需求，对需要机加工的装配接口特征以及加工基准面进行再设计；
S2、打印工艺轨迹规划；包括先对S1中的模型进行摆放并设计数控加工对刀点，然后对该模型进行添加支撑，最后根据工艺参数对模型进行切片填充操作，得到打印轨迹；
S3、将轨迹数据送入打印机打印；
S4、打印件热处理；
S5、使用线切割将零件从打印基板上切割下来；
S6、对零件进行喷丸处理；
S7、使用数控机床对零件的装配特征进行精加工。
2.根据权利要求1所述的一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，其特征在于：在步骤S1中机加工余量为0.5mm～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，其特征在于：在步骤S2中，切片层厚为0.03mm～0.05mm，搭接间隔为0.08mm～0.12mm，填充角度为60°，上下层角度增量为67°，填充方式为条带扫描方式，条带宽度为5mm～10mm，条带搭接0.5mm～1mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，其特征在于：在步骤S3中，打印的激光功率为200W～240W，扫描速度为800mm/s～1200mm/s，氧含量<100ppm，光斑大小50μm～100μm。
5.根据权利要求1所述的一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，其特征在于：在步骤S3中打印机为选区激光熔化设备。
6.根据权利要求1所述的一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，其特征在于：在步骤S4中，使用真空热处理炉执行退火热处理，抽真空至10-4MPa～10- 5MPa，升温至800℃～950℃，保温1h～3h，升温速率10℃/min～20℃/min，然后炉冷至500℃～600℃，最后进行对炉膛进行气冷至室温。
7.根据权利要求1所述的一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，其特征在于：在步骤S5中，线切割为中走丝和慢走丝线切割。
8.根据权利要求1所述的一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，其特征在于：在步骤S6中，执行两步喷丸处理，先使用钢丸进行一次喷丸处理，然后使用玻璃丸进行二次喷丸处理。
9.根据权利要求8所述的一种用于增材制造抗氢钢HR-2合金的打印工艺及后处理方法，其特征在于：钢丸的直径为0.2mm～1mm的，喷头距离50mm～100mm，压力为0.5MPa～1.2MPa；玻璃丸的直径为直径为0.2mm～0.8mm的，喷头距离50mm～100mm，压力为0.5MPa～1.2MPa。
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