一种能够降低激光增材制造中工件残余应力的基板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种能够降低激光增材制造中工件残余应力的基板，所述基板为圆柱体，表面设有重复凹槽，凹槽的深度为4.5

【技术实现步骤摘要】
一种能够降低激光增材制造中工件残余应力的基板


[0001]本技术涉及基板改造，具体涉及一种能够降低激光增材制造中工件残余应力的基板。

技术介绍

[0002]激光增材技术是基于分层制造原理，采用材料逐层累加的方法，直接将数字化模型制造为实体零件的一种新型制造技术，同时也不需模具来进行工件制造，所以在加工方面，省去了制作冗杂零件的麻烦，将生产流程简单化，高效化。在激光增材制造过程中，粉体原料被一层一层叠加起来，逐步形成实际工件，热能影响材料片区范围较小，稀释效率很低，在科研相关应用领域引起了广泛的关注。
[0003]但是，该技术也存在着一些不可避免的缺陷，例如在激光增材制造技术制造的过程中，一旦温度各处不均匀，就会给工件带来许多热塑性的局部变形，所需要被生产的工件里就会相应生成残余应力；以及激光增材制造的原料和可动热源会形成对应的熔池，以一个很高的速度冷却时，材料的各部分冷热不均，就会有不一致的收缩和膨胀的趋势，因此在工件制造过程中就会产生残余应力，过多的残余应力会导致工件开裂，从而会造成安全隐患。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了解决现有技术存在的技术问题，本技术旨在提供一种能够降低激光增材制造中工件残余应力的基板。
[0005]技术方案：本技术所述的能够降低激光增材制造中工件残余应力的基板为圆柱体，表面设有重复凹槽。
[0006]进一步地，所述凹槽的深度为4.5
‑
5.5mm，宽度为0.4
‑
0.6mm，优选的，凹槽的深度为5mm，宽度为0.5mm。
[0007]进一步地，所述凹槽的横向间距为2
‑
3mm，纵向间距为2
‑
4mm，优选的，凹槽的横向间距为2.5mm，纵向间距为3mm。
[0008]进一步地，所述基板为40NiCr6钢，尺寸直径为80mm。
[0009]进一步地，所述工件为长方体，基材粉末为Incone1718粉末，工件的尺寸为40mm
×
10mm
×
2mm。
[0010]专利技术原理：本技术在原有基板上进行开槽处理，在基板上进行开槽处理，一方面可以减少基底面积，因此可以通过降低机械约束来减小工件由于应力引起开裂的可能性；另一方面在基板上通过增加线槽，可以在保持基板结构刚度的同时，将基板划分为不同的小区域，因此热影响区在加热过程中被允许扩大，避免了热变形转化为塑性应变，此外，在工件加热和冷却的过程中，由于开孔的基板约束较低，故产生较小的拉应力和压应力，又利于弹性恢复，从而允许无裂纹的激光增材制造无裂纹工件的产生；同时本技术通过数值模拟的方法进行验证，分别对基板有无凹槽进行处理验证，最终可以发现：基板进行凹
槽处理后，激光增材制造出的工件中残余应力更低，达到了避免工件开裂的要求。
[0011]有益效果：与现有技术相比，本技术具有以下优点：本技术能够广泛应用于增材制造裂纹敏感度高以及具有应力集中特征的复杂几何结构材料中，从而显著降低工件中所存在的应力集中，降低工件开裂所导致的安全隐患。
附图说明
[0012]图1为本技术实施例1中基板进行开槽处理后的激光增材制作长方体工件模型图；
[0013]图2为本技术实施例1中基板开槽等效应力结果图；
[0014]图3为本技术对比例1中基板没有进行开槽处理的激光增材制作长方体工件模型图
[0015]图4为本技术对比例1中基板未开槽等效应力结果图；
[0016]图5为本技术对比例1开槽前后路径1
‑
2应力结果比较图；
[0017]图6为本技术对比例2模型图；
[0018]图7为本技术对比例2基板未开孔变形结果；
[0019]图8为本技术对比例2基板未开孔应力结果；
[0020]图9为本技术基板开孔直径1mm变形结果；
[0021]图10为本技术基板开孔直径1mm应力结果；
[0022]图11为本技术最大数值处路径Path示意图；
[0023]图12为本技术对比例2、3、4路径Path变形结果比较图；
[0024]图13为本技术对比例2、3、4路径Path应力结果比较图。
具体实施方式
[0025]下面，结合具体实施例和附图进一步对本技术进行说明。
[0026]实施例1：如图1所示，本技术所述的能够降低激光增材制造中工件残余应力的基板为圆柱体，表面设有重复凹槽，凹槽的深度(即槽深)为5mm，凹槽的宽度(即槽宽)为0.5mm，横向间距为2.5mm，纵向间距为3mm；基板采用40NiCr6钢，其尺寸为工件的形状为长方体，增材粉末为Inconel718，其尺寸为40mm
×
10mm
×
2mm；激光功率为1100W，激光光斑直径为2.4mm，扫描速度为420mm/min，粉末进给速率为13.84g/min。
[0027]对比例1：基板未开槽处理。
[0028]对比例2：基板采用开孔处理，孔深度为5mm，圆孔直径为0.25mm，圆孔分布按照增材制造的圆筒呈现同心圆分布，分别分布在圆筒内外两层，内外层小孔分别分布在半径为17mm和21mm的圆周上，且小孔圆心均位于分布圆周上，相邻小孔的孔径角为8
°
，圆周上共有45个小孔(即内外两层共有90个圆孔)。
[0029]基板：40NiCr6钢基底(160mm
×
160mm
×
20mm)；
[0030]圆筒外径40mm，内径36mm，高度25mm；
[0031]激光功率1100w，激光光斑直径2.4mm，扫描速度420mm/min，粉末进给速率为13.84g/min。
[0032]对比例3：与对比例2的不同之处在于：圆孔直径为1mm。
[0033]对比例4：与对比例2的不同之处在于：圆孔直径为2mm。
[0034]采用内部三维热力学有限元方法进行数值应力模拟计算，最终模拟结果发现：实施例1中基板开槽后，激光增材制造所制造的长方体工件与基体的界面处的应力下降明显，如图1到图5所示。
[0035]针对对比例2、3、4，基板进行开孔处理，孔的大小分别为0.25mm、1mm、2mm，通过三维热力学有限元方法进行数值应力模拟计算，最终模拟结果得到：开孔前后，激光增材所制造工件内的应力和变形无显著大小变化，如图6到图10所示。
[0036]在数值最大处的路径方向，关于工件变形描述如下，对比例2和3，变形大小基本不变，对比例4变形大小增加；关于工件内应力描述如下，对比例2工件内应力基本不变，对比例2和3工件内平均应力降低，部分地方应力不变甚至变大，如图11到图13所示。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够降低激光增材制造中工件残余应力的基板，其特征在于，所述基板为圆柱体，表面设有重复凹槽。2.根据权利要求1所述的基板，其特征在于，所述凹槽的深度为4.5
‑
5.5mm，宽度为0.4
‑
0.6mm。3.根据权利要求2所述的基板，其特征在于，所述凹槽的深度为5mm，宽度为0.5mm。4.根据权利要求1所述的基板，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子羽，李瑞峰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：新型
国别省市：