一种杆状点阵换热器成形方法技术

本发明专利技术公开了一种杆状点阵换热器成形方法，属于增材制造技术领域，本发明专利技术采用相异能量输入控制成形层厚度的方法，在换热器内部形成自保护结构，消除小倾角杆状点阵在成形由于应力变形翘曲后与刮刀刮蹭导致成形质量差、结构强度低的问题，同时采用化学抛光工艺对成形后的点阵进行光整，提高杆状点阵换热器的结构强度和表面质量。强度和表面质量。强度和表面质量。

【技术实现步骤摘要】
一种杆状点阵换热器成形方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，具体是一种杆状点阵换热器成形方法。

技术介绍

[0002]传统换热结构通常采用管板结构，在制造工艺上通常采用机械加工+焊接工艺方法制备，制造流程长，质量可靠性低，且换热效率低。点阵结构由结点和结点间的连接杆按照空间周期规律扩展构成，用于换热时具有轻质、高比强、高比刚、高强韧和高换热面积等特点，是一种理想的换热结构。
[0003]激光选区熔化成形技术(简称SLM)不受构件的复杂程度和材料难加工性能的影响，可直接制备出形状复杂、尺寸精度高、组织致密、性能稳定的金属构件，可以实现复杂点阵结构换热器的整体成形。
[0004]然而，由于点阵结构一般连接杆直径一般小于2mm且具有一定的倾角，尤其是小于50
°
的小倾角点阵结构在成形时由于应力变形翘曲后与刮刀刮蹭导致点阵连接杆成形质量差，甚至成形失败。一方面表面粗糙度高，使换热面积难以控制，高表面粗糙度影响液气在换热器中的流通，最终影响换热效率；另一方面连接杆强度低，使点阵结构稳定性降低，在高速液气冲击下易脱落形成内部多余物，带来使用风险。
[0005]因此，需一种有效避免连接杆应力变形翘曲后与刮刀刮蹭的点阵换热器高质量SLM成形方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种杆状点阵换热器成形方法，实现小倾角杆状点阵高质量成形，可靠性高。
[0007]本专利技术的技术解决方案是：一种杆状点阵换热器成形方法，所述换热器包括换热器外壁、内壁和杆状点阵，杆状点阵位于换热器内壁和外壁之间，该方法步骤如下：
[0008]建立点阵换热器三维模型，并将点阵换热器三维模型中的杆状点阵、换热器内壁、换热器外壁结构分离，并将杆状点阵与换热器内壁和外壁相接触部位的连接杆延长一段距离，得到带有余量的杆状点阵；
[0009]将分离的换热器内壁、外壁以及带有余量的杆状点阵，建立点阵换热器三维成形模型并在点阵换热器底部添加支撑，点阵换热器三维成形模型中，杆状点阵嵌入到换热器的内壁和外壁中一定深度；
[0010]将添加支撑结构后的三维成形模型中换热器的内壁、外壁、杆状点阵三部分采用各自不同的工艺参数进行剖分，确定换热器三维成形过程，使得在激光选区熔化成形过程中，杆状点阵的成形总高度始终低于换热器内壁或者换热器外壁的成形总高度，换热器内壁、换热器外壁的成形总高度相等；
[0011]在惰性气体环境中，按照换热器三维成形过程，在基板上进行激光选区熔化成形，得到带有基板和支撑结构的点阵换热器毛坯件；
[0012]分离点阵换热器毛坯件底部的基板和支撑结构，对点阵换热器毛坯件内部的点阵杆表面进行光整，获得最终的点阵换热器。
[0013]优选地，所述换热器杆状点阵的连接杆直径为1～2mm，连接杆的轴线方向与水平面夹角不超过50
°
，换热器内外壁壁厚大于2mm。
[0014]优选地，点阵换热器三维成形模型中，带有余量的杆状点阵嵌入到换热器的内壁和外壁中的深度为0.1mm～0.15mm。
[0015]优选地，换热器三维成形过程中，换热器内壁与外壁的工艺参数相同，杆状点阵的工艺参数与换热器内壁、外壁的工艺参数相比，激光功率低，扫描速度大，使得激光能量密度降低20％
‑
40％。
[0016]优选地，激光选区熔化成形过程中，杆状点阵和换热器内壁、外壁同步成形，杆状点阵的成形总高度与换热器内壁或者外壁的成形总高度高度差控制在0.01～0.03mm。
[0017]优选地，采用电火花线切割分离点阵换热器毛坯件底部的基板。
[0018]优选地，所述线切割为往复走丝电火花线切割，电火花的脉冲宽度设定为8～28μs，脉冲间隔为112～170μs，波形为矩形脉冲。
[0019]优选地，采用机械加工方法分离点阵换热器毛坯件底部的大部分支撑和顶部余量，最后采用手工打磨方法去除残余支撑。
[0020]优选地，采用化学抛光的方法对点阵换热器毛坯件内部的点阵杆表面进行光整。
[0021]优选地，所述化学抛光液为盐酸、硝酸、氢氟酸的混合溶液，具体的化学抛光液配方为：质量分数HF溶液：5％；HCl溶液：13％；HNO3溶液：16％，水余量，温度50～60℃，抛光液在额定0.3MPa压力下在换热器杆状点阵中均匀流动，抛光时间2～3min。
[0022]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0023](1)、本专利技术通过工艺参数的差异化设计，巧妙的使换热器外壁成形高度始终高于杆状点阵的成形总高度，使换热器成形过程中对杆状点阵形成自保护，避免了杆状点阵中连接杆应力变形翘曲后与刮刀刮蹭，保证点阵换热器的高质量成形；
[0024](2)、本专利技术采用化学抛光的方法对杆状点阵进行光整加工，一方面保证了表面粗糙度符合设计指标，另一方面解决了复杂换热通道内腔粉末难清除的难题，保证了点阵换热器的可靠性。
[0025](3)、本专利技术采用整体成形方法，与传统机械加工后焊接的工艺相比，零件数量从数十个到1个，减少了加工工序，生产周期大幅降低。
附图说明
[0026]图1为本专利技术点阵换热的成形示意图。
[0027]图2为本专利技术点阵结构示意图。
[0028]附图标记：1为换热器外壁，2为杆状点阵，3为换热器内壁，4为基板。
具体实施方式
[0029]以下结合具体实施例和附图，对本专利技术的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本专利技术的方案以及其优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本专利技术的限制。
[0030]本专利技术实例提供了一种小倾角杆状点阵换热器高质量成形方法。如图1、2所示，本专利技术的小倾角杆状点阵结构，包括换热器外壁1、杆状点阵2和换热器内壁3，杆状点阵位于换热器内壁和外壁之间，与换热器内壁和外壁固定连接，共同构成点阵换热器，所述换热器杆状点阵的连接杆直径为1～2mm，点阵的连接杆的轴线方向与水平面夹角不超过50
°
，换热器内外壁壁厚大于2mm，小倾角杆状点阵增加换热面积，提高换热效率。具体步骤如下：
[0031](1)、在三维建模软件中，建立点阵换热器三维模型，并将点阵换热器三维模型中的杆状点阵、换热器内壁、换热器外壁结构分离，并将杆状点阵与换热器内壁和外壁相接触部位的连接杆延长一段距离，得到带有余量的杆状点阵；
[0032]本专利技术某一具体实施例中，使用建模软件UG基于增材制造技术的设计优化，建立点阵换热器的三维模型，其中换热器外壁1为圆筒结构，外径为140mm，壁厚3mm；换热点阵2采用八面体结构，点阵单元长度为4mm，连接杆为圆柱形，直径1mm，连接杆的轴线方向与水平面的最小夹角为45
°
；换热器外壁3为圆筒结构，内径为60mm，壁厚2mm，如图2所示。
[0033]本实施例中，通过UG建模软件将杆状点阵与换热器内壁、外壁沿相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种杆状点阵换热器成形方法，其特征在于所述换热器包括换热器外壁、内壁和杆状点阵，杆状点阵位于换热器内壁和外壁之间，步骤如下：建立点阵换热器三维模型，并将点阵换热器三维模型中的杆状点阵、换热器内壁、换热器外壁结构分离，并将杆状点阵与换热器内壁和外壁相接触部位的连接杆延长一段距离，得到带有余量的杆状点阵；将分离的换热器内壁、外壁以及带有余量的杆状点阵，建立点阵换热器三维成形模型并在点阵换热器底部添加支撑，点阵换热器三维成形模型中，杆状点阵嵌入到换热器的内壁和外壁中一定深度；将添加支撑结构后的点阵换热器三维成形模型中换热器的内壁、外壁、杆状点阵三部分采用各自不同的工艺参数进行剖分，确定换热器三维成形过程，使得在激光选区熔化成形过程中，杆状点阵的成形总高度始终低于换热器内壁或者换热器外壁的成形总高度，换热器内壁、换热器外壁的成形总高度相等；在惰性气体环境中，按照换热器三维成形过程，在基板上进行激光选区熔化成形，得到带有基板和支撑结构的点阵换热器毛坯件；分离点阵换热器毛坯件底部的基板和支撑结构，对点阵换热器毛坯件内部的点阵杆表面进行光整，获得最终的点阵换热器。2.根据权利要求1所述的一种杆状点阵换热器成形方法，其特征在于：所述换热器杆状点阵的连接杆直径为1～2mm，连接杆的轴线方向与水平面夹角不超过50
°
，换热器内外壁壁厚大于2mm。3.根据权利要求1所述的一种杆状点阵换热器成形方法，其特征在于点阵换热器三维成形模型中，带有余量的杆状点阵嵌入到换热器的内壁和外壁中的深度为0.1mm～0.15mm。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢庆，王云，彭东剑，白静，陈振宇，白瑞兴，牛强，
申请(专利权)人：西安航天发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：