金属增材制造工艺制订与实施 课件 项目三 打印制作液压歧管 任务一_第1页
金属增材制造工艺制订与实施 课件 项目三 打印制作液压歧管 任务一_第2页
金属增材制造工艺制订与实施 课件 项目三 打印制作液压歧管 任务一_第3页
金属增材制造工艺制订与实施 课件 项目三 打印制作液压歧管 任务一_第4页
金属增材制造工艺制订与实施 课件 项目三 打印制作液压歧管 任务一_第5页
已阅读5页,还剩22页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

项目三

打印制作液压歧管THREEDIMENSIONALPRINTINGSLM:Selectivelasermelting(选择性激光熔化)是利用金属粉末在激光束的热作用下快速熔化、快速凝固的一种技术。《金属增材制造工艺制订与实施》教材课件任务一项目获取与分析项目学习目标YOURLOGOLearningObjectives※学习目标:1.了解液压阀块或液压歧管等液压元件的概念与意义;2.了解金属3D打印当前在液压元件领域的应用现状;3.掌握SLM金属增材制造液压歧管的工艺特点及注意要点;4.能应用切片软件,合理选择加工参数,生成打印程序;5.能够操作金属打印机完成本项目制件的打印工作;6.能够了解并完成本项目制件所有相关后序处理工作。※项目情境:

某液压元件企业试制新产品,对原起重设备中的液压适配器阀块进行了轻量化改进设计。现在最终模型交由增材制造事业部进行打印,并要求机加工事业部完成后序处理加工,包括铣平面、攻螺纹等。该产品数量为两件,材料为316不锈钢。

生产工程师接到任务以后,通过任务单了解并分析客户需求,根据客户提供的图纸及3D模型,选择加工方法、材料、设备等,制定打印工艺,由设备操作员完成打印及相关后处理,再交付质检部验收确认,并填写设备使用情况和维修记录。任务学习目标STATUSOFINDUSTRYDEVELOPMENTYOURLOGO

✭任务学习目标:

1.了解金属3D打印当前在液压元件制造领域的应用现状

2.理解液压歧管采用增材优化制造的概念与意义;3.掌握增、减材混合工艺的编制与应用。任务一

项目获取与分析任务一项目获取与分析【任务工单】(见表3-1-1)表3-1-1任务工单产品名称液压适配器编号

周期5天序号零件名称规格材料数量/套生产要求1液压歧管150*60*70316不锈钢21.增材加工整体部分;2.减材加工底平面及密封槽;3.完成管螺纹攻丝。2

3

备注

接单日期:生产部经理意见(同意生产)完成日期:请参见图3-1-1,了解“液压歧管”零件的最终效果:图3-1-1零件效果图任务一项目获取与分析任务一项目获取与分析【项目分析】一、图样分析下图为“液压歧管”的零件图(图3-1-2),现做如下分析:图3-1-2液压歧管零件图纸任务一项目获取与分析1.整体分析本产品使用压力未超过5×105Pa,是一种复杂的液压集成管路,实现了对传统液压集成块的颠覆性结构优化。首先改善了液压介质的流通阻力,减少了紊流和堵塞的发生;其次实现装配集成,减少了联接部位的泄露可能性;最终实现大幅度的减重轻量化效果。该零件结构包含平板底座、多歧路联通管路、螺纹联接部以及各加强筋。打印时,以方形底座为基准平放,但要绕高度方向旋转45°,有利于铺粉效果;纵向加强筋设计(倒拔锥厚度+水滴形镂空)替代了打印支撑,可实现较好的程序工艺条件。液压密封螺纹采用最常用的GB7306标准管螺纹。2.尺寸分析该零件作为联通部件,在高度尺寸方向上要求不高,主要是确保密封效果。底平面设置有弹性密封圈槽,密封面要求精加工,表面粗糙度要达到0.8μn,平面度要达到0.01/100mm,表面不能有径向划痕,连接螺钉的预紧力要足够大,以防止表面分离。用螺纹密封的管螺纹内螺纹有圆锥、圆柱两种形式(外螺纹只有圆锥一种形式),这里采用圆柱内管螺纹Rp1/4,经查表,取其底孔直径ф11.5。3.表面质量本制品要经过去应力退火,普通喷砂处理,然后减材加工后,适当进行防锈处理。任务一项目获取与分析二、相关知识1.传统减材加工制造液压元件的局限性

液压元件里的控制类元件包括各种控制阀和阀块,而阀块是指用作油路的分、集和转换的过渡块体,或者用来安装板式、插装式等阀件的的基础块,在其上具有外接口和连通各外接口或阀件的流道,各流道依据所设计的原理实现正确的沟通。图3-1-3液压阀块任务一项目获取与分析

尽管这些液压元件都可以通过传统的减材加工制造工艺来制作,比如通过数控加工技术,将多余的材料去除,最后得到需要的形状,所以为了节省加工费用,很多多余的材料并没有被去除,最终导致零件重量的增加。

减材加工技术在产品设计方面同样具有局限性。传统阀块中的内部流道必须精确定位以防止流道交叉,而且必须确保流道的壁厚以便具有足够的强度承受高压。加工流道所必须的工艺孔必须堵住,但这也增加了泄露的风险。

减材加工的局限性不仅仅体现在干涉因素,更无法实现随形的椭圆形或自由形状流体通道。交叉直孔钻会(交叉),在阀块内部会形成急转角,在90度直角拐弯处的压降可能会过大。而3D打印允许平滑,弯曲的流道路径,测试表明流动效率提高了30%至70%,因此哪怕更小的部件,其功能可能会与更大的液压阀块相同,甚至更好。任务一项目获取与分析图3-1-4液压阀块的优化对比任务一项目获取与分析2.什么是液压歧管?

液压歧管用于引导液压系统连接阀、泵和传动机构内的液体流动,可以说是液压阀块的一种变体。它使得设计工程师可以将对液压回路的控制集成在一个紧凑的单元内。液压歧管的传统制造方法传统上,要制造液压歧管,首先要切割和加工铝合金或不锈钢坯料,使其达到规定的尺寸,之后进行钻孔以形成液体流动通道。由于要完成复杂钻孔,因此通常会用到特殊工具。通道内还需要一些堵塞头,以正确引导液体在系统内的流动路线。制造工艺固有的局限性会导致相邻流动通道之间形成突兀的拐角,造成液体流动不畅甚至停滞,这是效率损失的一个重要原因。图3-1-5液压阀块的优化任务一项目获取与分析3.新一代的轻量化液压集成块的优势。

液压系统由于其复杂的管道设计在用传统的金属切削方法加工的时候受到传统加工方式的局限性限制。3D打印高度的灵活性恰恰可以解决传统方式的局限性,带来更灵活的设计空间。选择性激光熔化(SLM)技术使得设计者通过3D打印的方式实现液压性能显著增加。

液压阀集成块是复杂的阀体组件,内部通路交叉纵横,进出口排布复杂。加工传统液压阀集成块,为了制造出内部交叉歧管,需要通过机械加工钻孔,然后把不需要的钻孔再用螺堵堵塞。

但是这种方式,无疑埋下了泄漏的可能性。再加上钻孔制造的内部通路都是直进直出,多为90度直角拐弯,计算机流体动力学分析显示,有些区域会面临流量小的问题,而有些部位则会面临紊流现象,参见下图(图3-1-6)所示。图3-1-6液流直角拐弯的紊流现象任务一项目获取与分析

浙江大学金属增材制造实验室的祝毅博士,主要研究金属3D打印在液压元件的创新设计。他带领的实验室团队,基于增材制造过程,对传统液压集成块的流道结构和接口布置形式进行重新设计,并不断测试优化(实物参见图3-1-7)。下面是该团队的一些研究成果,请对比图3-1-8与图3-1-9的仿真测试效果:图3-1-7经过优化的液压集成块实物图任务一项目获取与分析图3-1-9优化流道结构特征后的液压集成块/弯曲流道的流体动力分析图3-1-8传统方式制造的液压集成块

/直角流道的流体动力分析任务一项目获取与分析该案例体现出增材制造技术的优势如下:(1)轻量化,更紧凑该液压集成块的重量从一开始的1.5KG减少到了0.98KG,减重35%;体积从535cm3缩小到了116cm3,减少78%。

(2)改善流动性通过将直角交汇的流道优化改为顺畅的圆弧过渡,改善了流动特性,减小了油液经过流道的局部压力损失。(3)提高性能与稳定性与此同时,因为金属增材制造可以一体成型液压集成块的复杂结构,不再需要额外的工艺钻孔,降低了泄露的风险,提高了阀体性能和稳定性。

上述这个案例与本项目有异曲同工之妙。本液压适配器的阀块经过重新设计,形成歧管结构,其重量比传统制造的同类产品轻80%,同时还改善了功能。其内部通道控制液压系统中的油分配,能够控制重型机械的机臂动作。传统的制造方式先从上方和下方钻垂直孔洞,然后通过水平通道连接并在其中切入螺纹。为防止油从敞开的水平通道泄漏,还要用平头螺钉将其塞住并密封。无论是在成本还是功能方面,这些适配器块的机械加工效率极低。钻孔和铣削的边缘会产生锐利的毛刺,这些毛刺在后期处理中很难用工具触及,导致液压系统会在运行过程中折断并诱发系统故障。另外,尖角连接点产生湍流,导致能量效率低下;而污物也会积聚在未使用的水平通道中,从而缩短液压系统的使用寿命。任务一项目获取与分析(3)管螺纹标准GB7306标记示例:4.液压管螺纹(1)用螺纹密封的管螺纹不用加填料或密封质就能防止渗漏。管螺纹有圆柱内螺纹和圆锥外螺纹、圆锥内螺纹和圆锥外螺纹两种连接形式。压力在5×105Pa以下时,用前一种连接已足够紧密,后一种连接通常只在高温及高压下采用。(2)用螺纹密封的管螺纹内螺纹有圆锥、圆柱两种形式。外螺纹只有圆锥一种形式。牙型如下:锥度1:16,牙形角55°,旧螺纹标准示例:ZG1/4;

圆锥内螺纹Rc1/4

圆柱内螺纹Rp1/4圆锥外螺纹R1/4任务一项目获取与分析(4)常用管螺纹的基本尺寸如下表:表3-1-2管螺纹基本尺寸参数表尺寸代号每寸牙数大径中径小径建议底孔基准距离有效长度1/8289.7289.1478.566φ8.44.06.51/41913.15712.30111.445φ11.26.09.73/81916.66215.80614.950φ14.76.410.11/21420.95519.79318.631φ18.38.213.23/41426.41125.27924.117φ23.69.514.511133.24931.77030.291φ29.710.416.8任务一项目获取与分析5.316不锈钢材料介绍

合金316是含钼奥氏体不锈钢。该等级中较高的镍和钼含量使其具有比304不锈钢更好的整体耐腐蚀性能,尤其是在氯化物环境中的点蚀和缝隙腐蚀方面。此外,合金316/316L具有出色的高温拉伸、蠕变和应力断裂强度,以及出色的成型性和可焊性。316L是316的低碳版本,它非常频繁地用于大规格焊接部件。美国钢铁协会的标准牌号是AISI316L;日本JIS工业标准牌号是SUS316L;我国的统一数字代号为S31603,标准牌号为022Cr17Ni12Mo2(新标),旧牌号为00Cr17Ni14Mo2。现已被广泛应用在汽车工业、航天涡轮、液压元件、食品化工和消费品行业(如手表,珠宝,眼镜框及各种装饰品)。任务一项目获取与分析由不锈钢合金制得的金属不锈钢粉末,粒子形状为规则的圆球状,氧含量低,球形度高,有良好的耐高温抗氧化、抗腐蚀性。316不锈钢粉末物理特性如下表:ParticleSize粒度尺寸TappingDensity振实密度(g/cm³)Flowability流动性(s/50g)ParticleSizeDistribution(μm)粒度分布D10D50D9015-45μm4.4-4.8≤3020-2430-3550-5515-53μm4.4-4.9≤2522-2634-3953-58表3-1-3316不锈钢粉末物理特性参数表任务一项目获取与分析【工艺方案制定】一、工艺路线分析

客户提供的模型数据往往需要格式转换,转换过程中可能也会产生数据缺损失真等情况,因此首先必须对转换后的模型数据进行检查修复。同时这些模型数据,缺乏增材或减材工艺余量考量,比如增材时工件底部会产生实体支撑,减材时需要机加工余量,这些都需要在模型切片编程前进行调整准备。

当模型数据修调完成后,即可传入切片软件进行编程。然后将后置出来的程序导入设备执行打印。完成后一体取下工件和打印基板,清粉后整体进行去应力退火。增材加工部分完成后,接下来就是后序处理。本项目的液压歧管需要减材后处理加工的内容包括基面及密封槽加工、顶面管螺纹的加工等三个内容。

任务一项目获取与分析

综合现场条件,本着确保质量、方便高效、安全节能的工艺编制原则,确定如下工艺路线可参见图3-1-10所示。任务一项目获取与分析二、制定工艺方案(见表3-1-5)班级:工艺过程卡片产品型号

零件图号

产品名称液压适配器零件名称液压歧管加工数2材料牌号316不锈钢材料形态粉末制件体积

预估用时

预估耗材(克)

工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时准终单件01模型分析数据转换微机室

计算机NX软件

检查模型尺寸,检查模型数据是否有破损微机室

计算机NX软件

分析图纸,对需要减材加工部位进行余量设置微机室

计算机NX软件

表3-1-5工艺过程卡任务一项目获取与分析02切片编程模型调入切片软件微机室

计算机3D-Xpert软件

调整模型摆放微机室

计算机3D-Xpert软件

对模型进行支撑设置微机室

计算机3D-Xpert软件

设置激光扫描策略和激光参数微机室

计算机3D-Xpert软件

执行切片,后置程序微机室

计算机3D-Xpert软件

03实施打印穿戴好工装,做好安全防护,牢记安全操作规程增材车间

金属打印机工装、面罩、吸尘器、毛刷

进行金属打印准备,检查设备各项指标是否正常增材车间

惰性气体机、激光冷却机、抽氧风机、金属打印机打印基板、烘干机、粉筒、吸尘器、毛刷

制备惰性气体,添加干燥金属粉末增材车间

惰性气体机、金属打印机打印基板、烘干机、粉筒、吸尘器、毛刷

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论