金屬增材制造工藝制訂與實施 課件 項目三 打印制作液壓歧管 任務(wù)四

項目三打印制作液壓歧管THREEDIMENSIONALPRINTINGSLM:Selectivelasermelting（選擇性激光熔化）是利用金屬粉末在激光束的熱作用下快速熔化、快速凝固的一種技術(shù)?！督饘僭霾闹圃旃に囍贫ㄅc實施》教材課件任務(wù)四后序處理與控制任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)STATUSOFINDUSTRYDEVELOPMENTYOURLOGO?任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解金屬打印后序處理的常見工藝特點；2.能使用退火爐完成去應(yīng)力退火操作；3.能掌握基本的線切割操作，完成打印件的切割；4.能掌握數(shù)控銑床的基本操作，合理裝夾進行平面加工；5.能掌握數(shù)控銑床的簡單槽加工及螺紋加工。任務(wù)三實施打印與控制【后處理工藝路線】

本項目產(chǎn)品液壓歧管已完成增材部分加工，后序處理主要針對尺寸要求精確的結(jié)構(gòu)部位進行減材處理，當(dāng)然也包括其它一些輔助工藝，結(jié)合任務(wù)一當(dāng)中的工藝分析情況，在保證滿足客戶圖紙要求和該零件產(chǎn)品使用要求的前提下，特制定以下工藝路線（如圖3-4-1），我們將分步驟進行展開學(xué)習(xí)：圖3-4-1工藝路線圖任務(wù)三實施打印與控制【去應(yīng)力退火】一、去應(yīng)力退火設(shè)備介紹去應(yīng)力退火爐又稱低溫退火爐，主要消除金屬打印件、鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件以及機加工中的殘余應(yīng)力，工藝是將工件慢慢加熱到去應(yīng)力工藝溫度（低于再結(jié)晶溫度）后，保溫一段時間后，然后隨爐冷卻的熱處理工藝。去應(yīng)力加熱溫度一般較低，不改變組織狀態(tài)，能保留冷作、熱作或表面硬化效果，可消除毛坯件和零件中的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸及形狀，減少零件在切削加工和使用過程中的形變和裂紋傾向。圖3-4-2箱式退火爐任務(wù)三實施打印與控制二、熱處理基本安全規(guī)程(參見項目一所列相關(guān)內(nèi)容）三、去應(yīng)力退火操作過程本工序環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容是正確使用退火爐對液壓歧管零件進行去應(yīng)力退火，去應(yīng)力退火不是真正意義的退火，加熱溫度不能引起相變，目的是為了消除增材制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，減小變形開裂傾向，其工藝如下：(1)將經(jīng)過激光選區(qū)熔化成型的液壓歧管放入加熱爐內(nèi)，抽真空。(2)升溫:以50-150℃/min的升溫速率從室溫升至400~450℃。(3)保溫:在400~450℃保溫40min。(4)緩冷（即隨爐）冷至200度空冷。具體操作步驟可參見

項目一

所列相關(guān)內(nèi)容。任務(wù)三實施打印與控制四、相關(guān)注意事項與問題下面介紹一種特殊的金屬3D打印熱處理工藝。近年來，3D打印行業(yè)發(fā)展神速，能夠給制造業(yè)和社會帶來的經(jīng)濟利益。但是，3D打印生產(chǎn)的零件并不是完美無瑕，里面經(jīng)常會伴隨著許多氣孔、未熔化等缺陷的存在。熱等靜壓技術(shù)最突出的作用是能夠消除金屬零件內(nèi)部的孔洞缺陷，提高零件的致密度。從金屬3D打印技術(shù)出現(xiàn)開始，金屬3D打印似乎就和熱等靜壓綁定，組成了標(biāo)配工藝套餐，尤其是對鈦合金、鎳基合金的零件更是如此。熱等靜壓（HotIsostaticPressing，簡稱HIP）技術(shù)工作原理是將制品放置到密閉的容器中，向容器內(nèi)充惰性氣體，在很高的溫度（通常接近材料的鍛造溫度）和很高的壓力下（通常在100——140MPa），使制品得以燒結(jié)或致密化，如圖1所示。對于金屬材料，熱等靜壓技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)致密化消除缺陷的原因是：在高溫下金屬材料強度極低、塑性極好，有孔洞區(qū)域的金屬受到外界氣體壓力的作用發(fā)生塑性變形，孔洞區(qū)域金屬相互接觸發(fā)生冶金結(jié)構(gòu)使孔洞消失。熱等靜壓可以改善力學(xué)性能。熱等靜壓前后材料的力學(xué)性能也發(fā)生明顯的變化,如表2所示，無論是激光SLM成形還是電子束EBM成形，熱等靜壓后材料的強度都有下降的趨勢，塑性會升高，尤其是對SLM技術(shù)的材料更為明顯。造成這一現(xiàn)象的原因是SLM成形過程冷卻速度較快，成型零件形成了更多的馬氏體組織，HIP退火后馬氏體分解，引起材料的強度下降塑性上升。同時，材料的硬度也會隨著HIP發(fā)生變化，HIP后硬度會下降5～10%。整體上，熱等靜壓可以改善材料的韌性和抗疲勞裂紋擴展的能力。任務(wù)三實施打印與控制圖3-4-3熱等靜壓后零件組織的改善對比熱等靜壓并不是對任何材料和任何缺陷消除都有很好的效果，并且熱等靜壓工藝設(shè)置不當(dāng)也會造成很嚴重的后果，因此使用熱等靜壓時需注意以下事項。（1）對開放性缺陷（從零件內(nèi)部延伸至零件表面與且外界氣體介質(zhì)相通的缺陷）熱等靜壓起不到任何消除缺陷的作用；（2）當(dāng)零件內(nèi)存在較大缺陷時（超過2mm）會在零件表面形成凹坑，如圖5所示，需要焊接修復(fù)。當(dāng)凹坑出現(xiàn)在無法進行焊接修復(fù)的位置時可能會造成零件報廢，比如一些薄壁零件、薄壁部位或葉片。任務(wù)三實施打印與控制

（3）對裂紋和夾雜物缺陷的消除沒有任何作用；

（4）熱等靜壓可能會造成零件表面氧化，形成一層較薄氧化膜，最好在精加工之間進行；

（5）熱等靜壓可能會造成零件嚴重變形，做熱定靜壓前一定要考慮防止變形的措施；

（6）工藝溫度和壓力設(shè)置不當(dāng)可能會造成零件壁厚減薄，嚴重時會造成零件晶粒嚴重粗大，導(dǎo)致材料性能變差，零件報廢；

（7）對于合金元素熔點差異較大的合金可能會造成低熔點化學(xué)元素?zé)龘p；

（8）對于共晶合金不適用，容易形成液化裂紋；任務(wù)三實施打印與控制【線切割加工】一、線切割設(shè)備介紹線切割設(shè)備是在電火花穿孔、成形加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。是利用移動的金屬絲(鉬絲、銅絲或者合金絲)作電極絲，靠電極絲和工件之間脈沖電火花放電，產(chǎn)生高溫使金屬熔化或汽化，形成切縫，從而切割出零件的加工方法。（見圖3-4-4與圖3-4-5）圖3-4-4線切割機床原理組成圖任務(wù)三實施打印與控制圖3-4-5線切割機床外觀圖任務(wù)三實施打印與控制二、線切割安全規(guī)程(參見項目一所列相關(guān)內(nèi)容）三、線切割加工過程本工序環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容是運用線切割機床，通過簡單的直線切割路徑，完成液壓歧管件與打印基板的分離，具體操作步驟見下表：表3-4-1線切割加工步驟說明表步驟說明及圖示1.線割前檢查與確認（1）機床開始工作前要有預(yù)熱，認真檢查潤滑系統(tǒng)工作是否正常，如機床長時間末開動，可先采用手動方式向各部分供油潤滑。（2）認真檢查絲筒運動機構(gòu)、冷卻液系統(tǒng)是否正常，若發(fā)現(xiàn)異常并及時報修。任務(wù)三實施打印與控制2.設(shè)備開機3.工件裝夾（1）打開設(shè)備總開關(guān)；（2）啟動控制系統(tǒng)面板，完成系統(tǒng)自檢；（3）試啟動切削液泵，檢查切削液供給系統(tǒng)是否正常；（4）試啟動鉬絲轉(zhuǎn)筒，檢查轉(zhuǎn)筒行程往返是否正常；（5）一切正常后，開始裝夾工件。（1）以打印基板作為基準(zhǔn)進行裝夾。（2）可以將打印基板豎起固定，采用磁力表座進行裝夾，以夾具定位基準(zhǔn)保證基板面與工作臺面的垂直；（3）還要結(jié)合切割部位和切割方向進行考慮，保證基板面與切割方向平行，可采用百分表找正。任務(wù)三實施打印與控制4.程序編制(1)切割部位緊貼基板面但又不能切到基板為準(zhǔn)（打印支撐高度留量1毫米）；（2）切割路徑為一條直線，直線長度大于液壓歧管最大寬度即可；(3)在線切割繪圖界面繪制一條X方向的直線，長度大約200毫米；任務(wù)三實施打印與控制（4）繪圖后點擊【執(zhí)行1】，選補償值【f0】即可進入編程界面，點擊【鉬絲軌跡】自動設(shè)置切割程序起終點，生成程序并后置保存（這里命名1423）；任務(wù)三實施打印與控制（5）點擊【返主】轉(zhuǎn)至加工界面，調(diào)取程序，可進行模擬檢查；任務(wù)三實施打印與控制（6）設(shè)置推送合適的電加工參數(shù)，電極得電后電壓表有顯示，為鉬絲對刀做好了準(zhǔn)備：【D其它參數(shù)】-【8高頻組號和參數(shù)】-【3送高頻參數(shù)】-【選0】回車。任務(wù)三實施打印與控制5.對刀操作由于本切割操作目的在于卸取制件，因此對刀操作可采用標(biāo)準(zhǔn)的放電接觸對刀法，也可以采用目測法，將鉬絲移動至理想的加工起點位置，隨時準(zhǔn)備加工。任務(wù)三實施打印與控制6.執(zhí)行線割（1）開運絲：按下運絲電源開關(guān)，讓電極絲筒空運轉(zhuǎn)，檢查電極絲抖動情況和松緊程度，若電極絲過松，則用張緊輪均勻用力緊絲。（2）開水泵，調(diào)整噴水量：開水泵時，請先把調(diào)節(jié)閥調(diào)至關(guān)閉狀態(tài)，然后逐漸開啟，調(diào)節(jié)至上下噴水柱包容電極絲，水柱射向切割區(qū)。（3）接通脈沖電源，用戶應(yīng)根據(jù)對切割效率、精度、表面粗糙的要求，選擇最佳的電參數(shù)方案。任務(wù)三實施打印與控制（5）整個加工過程要隨時巡視，觀察水、絲、電等運轉(zhuǎn)是否正常，發(fā)現(xiàn)問題要隨時停止進行檢查維護。（4）點擊【切割】進入加工狀態(tài)。觀察電流表在切割過程中，指針是否穩(wěn)定，切忌短路。任務(wù)三實施打印與控制7.加工完成加工結(jié)束后，系統(tǒng)會自動關(guān)閉水泵電機和運絲電機，防止工件自然墜落，損傷工件或機床。任務(wù)三實施打印與控制【噴砂處理】一、噴砂處理工藝介紹噴砂處理，是一種工件表面處理的工藝。采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料（銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海砂）高速噴射到需處理工件表面，使工件表面的外表或形狀發(fā)生變化。由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件表面的機械性能得到改善，因此也能提高了工件的抗疲勞性（參見圖3-4-6和3-4-7）。圖3-4-6噴砂處理機床原理組成圖圖3-4-7噴砂機床的外觀形式任務(wù)三實施打印與控制二、噴砂機安全操作規(guī)程1.自動噴砂機的儲氣罐、壓力表、安全閥要定期校驗。儲氣罐兩周排放一次灰塵，砂罐里的過濾器每月檢查一次。2.檢查自動噴砂機通風(fēng)管及自動噴砂機門是否密封。工作前五分鐘，須開動通風(fēng)除塵設(shè)備，通風(fēng)除塵設(shè)備失效時，禁止自動噴砂機工作。3.工作前必須穿戴好防護用品，不準(zhǔn)赤裸膀臂操作自動噴砂機。4.自動噴砂機壓縮空氣閥要緩慢打開，氣壓不準(zhǔn)超過0.8MPa。5.噴砂粒度應(yīng)與工作要求相適應(yīng)，一般在十至二十號之間適用，砂子應(yīng)保持干燥。6.自動噴砂機工作時，禁止無關(guān)人員接近。清掃和調(diào)整運轉(zhuǎn)部位時，應(yīng)停機進行。7.不準(zhǔn)用自動噴砂機壓縮空氣吹身上灰塵。8.工作完后，自動噴砂機通風(fēng)除塵設(shè)備應(yīng)繼續(xù)運轉(zhuǎn)五分鐘再關(guān)閉，以排出室內(nèi)灰塵，保持場地清潔。任務(wù)三實施打印與控制三、噴砂處理過程（見表3-4-2）表3-4-2噴砂處理過程表步驟（1）檢查電源及開關(guān)是否正常；（2）檢查氣源壓力是否正常，并打開開關(guān)備用；（3）檢查砂料是否合格，是否需要添加或更換；1.噴砂前準(zhǔn)備。2.打開艙門，放入工件。說明及圖示任務(wù)三實施打印與控制

3.鎖緊艙門，戴好密封手套，進行噴砂。4.重點部位重點噴砂，保持效果均勻，完成后取出工件?！俱娤骷庸ぁ恳?、數(shù)控銑介紹數(shù)控銑床是在一般銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種自動加工設(shè)備，兩者的加工工藝基本相同，結(jié)構(gòu)也有些相似。數(shù)控銑床有分為不帶刀庫和帶刀庫兩大類。其中帶刀庫的數(shù)控銑床又稱為加工中心。適宜采用數(shù)控銑削加工工藝內(nèi)容有：任務(wù)三實施打印與控制

圖3-4-3熱等靜壓后零件組織的改善對比熱等靜壓并不是對任何材料和任何缺陷消除都有很好的效果，并且熱等靜壓工藝設(shè)置不當(dāng)也會造成很嚴重的后果，因此使用熱等靜壓時需注意以下事項。（1）對開放性缺陷（從零件內(nèi)部延伸至零件表面與且外界氣體介質(zhì)相通的缺陷）熱等靜壓起不到任何消除缺陷的作用；（2）當(dāng)零件內(nèi)存在較大缺陷時（超過2mm）會在零件表面形成凹坑，如圖5所示，需要焊接修復(fù)。當(dāng)凹坑出現(xiàn)在無法進行焊接修復(fù)的位置時可能會造成零件報廢，比如一些薄壁零件、薄壁部位或葉片。（3）對裂紋和夾雜物缺陷的消除沒有任何作用；（4）熱等靜壓可能會造成零件表面氧化，形成一層較薄氧化膜，最好在精加工之間進行；（5）熱等靜壓可能會造成零件嚴重變形，做熱定靜壓前一定要考慮防止變形的措施；（6）工藝溫度和壓力設(shè)置不當(dāng)可能會造成零件壁厚減薄，嚴重時會造成零件晶粒嚴重粗大，導(dǎo)致材料性能變差，零件報廢；（7）對于合金元素熔點差異較大的合金可能會造成低熔點化學(xué)元素?zé)龘p；（8）對于共晶合金不適用，容易形成液化裂紋；（1）工件上的曲線輪廓，直線、圓弧、螺紋或螺旋曲線、特別是由數(shù)學(xué)表達式給出的非圓曲線與列表曲線等曲線輪廓。（2）已給出數(shù)學(xué)模型的空間曲線或曲面。（3）形狀雖然簡單，但尺寸繁多、檢測困難的部位。（4）用普通機床加工時難以觀察、控制及檢測的內(nèi)腔、箱體內(nèi)部等。（5）有嚴格尺寸要求的孔或平面。（6）能夠在一次裝夾中順帶加工出來的簡單表面或形狀。（7）采用數(shù)控銑削加工能有效提高生產(chǎn)率、減輕勞動強度的一般加工內(nèi)容。數(shù)控銑床主要可分為立式、臥式、龍門式三種類型，立式數(shù)控銑應(yīng)用最為廣泛（參見圖3-4-8）。圖3-4-8立式數(shù)控銑床任務(wù)三實施打印與控制

圖3-4-3熱等靜壓后零件組織的改善對比熱等靜壓并不是對任何材料和任何缺陷消除都有很好的效果，并且熱等靜壓工藝設(shè)置不當(dāng)也會造成很嚴重的后果，因此使用熱等靜壓時需注意以下事項。（1）對開放性缺陷（從零件內(nèi)部延伸至零件表面與且外界氣體介質(zhì)相通的缺陷）熱等靜壓起不到任何消除缺陷的作用；（2）當(dāng)零件內(nèi)存在較大缺陷時（超過2mm）會在零件表面形成凹坑，如圖5所示，需要焊接修復(fù)。當(dāng)凹坑出現(xiàn)在無法進行焊接修復(fù)的位置時可能會造成零件報廢，比如一些薄壁零件、薄壁部位或葉片。（3）對裂紋和夾雜物缺陷的消除沒有任何作用；（4）熱等靜壓可能會造成零件表面氧化，形成一層較薄氧化膜，最好在精加工之間進行；（5）熱等靜壓可能會造成零件嚴重變形，做熱定靜壓前一定要考慮防止變形的措施；（6）工藝溫度和壓力設(shè)置不當(dāng)可能會造成零件壁厚減薄，嚴重時會造成零件晶粒嚴重粗大，導(dǎo)致材料性能變差，零件報廢；（7）對于合金元素熔點差異較大的合金可能會造成低熔點化學(xué)元素?zé)龘p；（8）對于共晶合金不適用，容易形成液化裂紋；二、數(shù)控銑安全操作規(guī)程1.安全操作基本注意事項。（1）工作時請穿好工作服、安全鞋，戴好工作帽及防護鏡，注意：不允許戴手套操作機床，女生需要將長發(fā)盤起掖入帽內(nèi)；（2）不要移動或損壞安裝在機床上的警告標(biāo)牌；（3）注意不要在機床周圍放置障礙物，工作空間應(yīng)足夠大；（4）某一項工作如需要倆人或多人共同完成時，應(yīng)注意相互間的協(xié)調(diào)一致；（5）不允許采用壓縮空氣清洗機床、電氣柜及NC單元。2.工作前的準(zhǔn)備工作。（1）機床工作開始工作前要有預(yù)熱，認真檢查潤滑系統(tǒng)工作是否正常，如機床長時間未開動，可先采用手動方式向各部分供油潤滑；（2）使用的刀具應(yīng)與機床允許的規(guī)格相符，有嚴重破損的刀具要及時更換；（3）調(diào)整刀具所用工具不要遺忘在機床內(nèi)；（4）刀具安裝好后應(yīng)進行一、二次試切削。3.工作過程中的安全注意事項。（1）禁止用手接觸刀尖和鐵屑，鐵屑必須要用鐵鉤子或毛刷來清理；（2）禁止用手或其它任何方式接觸正在旋轉(zhuǎn)的主軸、工件或其它運動部位；（3）禁止加工過程中量活、變速，更不能用棉絲擦拭工件，也不能清掃機床；任務(wù)三實施打印與控制

圖3-4-3熱等靜壓后零件組織的改善對比熱等靜壓并不是對任何材料和任何缺陷消除都有很好的效果，并且熱等靜壓工藝設(shè)置不當(dāng)也會造成很嚴重的后果，因此使用熱等靜壓時需注意以下事項。（1）對開放性缺陷（從零件內(nèi)部延伸至零件表面與且外界氣體介質(zhì)相通的缺陷）熱等靜壓起不到任何消除缺陷的作用；（2）當(dāng)零件內(nèi)存在較大缺陷時（超過2mm）會在零件表面形成凹坑，如圖5所示，需要焊接修復(fù)。當(dāng)凹坑出現(xiàn)在無法進行焊接修復(fù)的位置時可能會造成零件報廢，比如一些薄壁零件、薄壁部位或葉片。（3）對裂紋和夾雜物缺陷的消除沒有任何作用；（4）熱等靜壓可能會造成零件表面氧化，形成一層較薄氧化膜，最好在精加工之間進行；（5）熱等靜壓可能會造成零件嚴重變形，做熱定靜壓前一定要考慮防止變形的措施；（6）工藝溫度和壓力設(shè)置不當(dāng)可能會造成零件壁厚減薄，嚴重時會造成零件晶粒嚴重粗大，導(dǎo)致材料性能變差，零件報廢；（7）對于合金元素熔點差異較大的合金可能會造成低熔點化學(xué)元素?zé)龘p；（8）對于共晶合金不適用，容易形成液化裂紋；（4）開機前要檢查潤滑油是否充裕，冷卻是否充足，發(fā)現(xiàn)不足應(yīng)及時補充。（5）打開數(shù)控銑床電器柜上的電器總開關(guān)。按下數(shù)控銑床控制面板上的“ON”，按鈕，啟動數(shù)控系統(tǒng)，等自檢完畢后進行數(shù)控銑床的強電復(fù)位。（6）手動返回數(shù)控銑床參考點。首先返回＋Z方向，然后返回＋X和＋Y方向。（7）手動操作時，在X、Y移動前，必須使Z軸處于安全位置，以免撞刀。（8）數(shù)控銑床出現(xiàn)報警時，要根據(jù)報警號，查找原因，及時排除警報。（9）更換刀具時應(yīng)注意安全。裝入刀具時應(yīng)將刀柄和刀具擦拭干凈。（10）在自動運行程序前，必須認真檢查程序，確保程序的正確性。（11）在操作過程中必須集中注意力，謹慎操作。一旦發(fā)生問題，及時按下復(fù)位按鈕或緊急停止按鈕。（12）在加工過程中，不允許打開機床防護門；4.工作完成后的注意事項。（1）清除切屑、擦拭機床，使用機床與環(huán)境保持清潔狀態(tài)；（2）檢查潤滑油、冷卻液的狀態(tài)，及時添加或更換；（3）依次關(guān)掉機床操作面板上的電源和總電源。任務(wù)三實施打印與控制三、數(shù)控銑加工過程本工序環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容是通過銑削完成液壓歧管底部平面加工和頂面螺紋的加工，具體操作步驟參見下表（見表3-4-3）：表3-4-3銑削加工步驟說明表步驟1.加工前檢查與確認說明及圖示（1）CNC電箱檢查；（