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上海長肯試驗設備(集團)有限公司

SLM制造MTS高溫拉伸夾具_上海長肯供

時間:2018-9-20 閱讀:2240
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SLM制造MTS高溫拉伸夾具

SLM金屬打印技術作為一項關鍵的3D打印技術,持續獲得科研界和工業界的關注,目前在國內,傳統制造企業正開始主動接觸這項技術。相較于國內的遲緩,國外還是要超前一些。

由于一些特殊行業對材料超高溫情況下的力學性能有較高的要求,現有的拉伸試驗機夾具多由金屬材料壓力加工而成,在高溫加壓過程中會過早出現屈服失效的現象。例如,在測量IN718合金的高溫蠕變性能(700℃)時,標準鋼夾具很容易斷裂;再者,不穩定的夾具在進行性能測試時,數據的準確性和一致性也無法保證,這對于本就存在一致性風險的3D打印零件測試,更是雪上加霜。

       為了準確量化性能,美國空軍技術學院(AFIT)的研究人員對MTS夾具進行了重新設計,并利用SLM技術制造,使其具有了更高的熱轉換率,減小了高溫蠕變過程中夾具的熱應力,從而降低了夾具開裂的概率。

MTS夾具優化設計
       3D打印在制造具有復雜內部結構的零件方面具有優勢,這種優勢不僅可以用在隨形冷卻水路模具的制造方面,同時也可用來制造具有冷卻流道的夾具。

CFD模擬散熱

為了對比3D打印和傳統制造的MTS夾具的散熱效果,研究人員對此進行了仿真。將兩種模型零件導入ANSYS Fluent軟件,進行基于動量、能量和連續性方程額系統焓值計算,總焓值的變化即為系統的散熱效果。

通過比較兩種模型的溫度分布情況,發現3D打印的MTS夾具的焓值變化更高,是傳統工藝夾具的2.87倍,溫度分布也更為均勻。

 

MTS夾具制造

模型留有4mm的余量,用于補償與基板分離時的偏差,基板材料為鋼。打印采用孤島掃描策略,后處理過程包括線切割,表面磨削,以及關鍵位置的鉆孔等。

實驗測試

AFIT研究人員將SLM成形的MTS夾具安裝于22 KIP 810 MTS®,去離子水作為冷卻劑,流速為13.5mL/sec,冷卻劑溫度為22℃,夾緊壓力為6.8 MPa,拉力為1000N,蠕變溫度為700℃。在蠕變測試過程中,金屬夾具表面涂覆Aeroglaze Z306,FLIR® SC7650紅外攝像機被用于監測3D打印夾具和傳統制造夾具的熱圖像。

結果顯示,3D打印成形的夾具具有更好的熱轉換效果,傳統工藝制造的夾具冷卻過程中,平均溫度為31.7℃,而3D打印的只有27.7℃。

 

總結

金屬3D打印隨形冷卻水路,為模具提供了更廣闊的設計空間,同時這種優勢也可應用到其他領域。AFIT研究人員利用SLM制造的IN 718 MST夾具,在高溫蠕變測試中具有很低的熱應力,降低了夾具在高溫和壓力環境下開裂的可能性。為進一步提高冷卻流道的散熱能力,設計更為復雜的螺旋流道,創造湍流環境,提高熱傳換效率,這種設計也適用于其他類似應用。

 

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