选区激光熔化随形冷却模具设计及性能研究

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1、工程硕士学位论文选区激光熔化随形冷却模具设计及性能研究作者姓名黄玉山工程领域材料工程校内指导教师邱万奇教授校外指导教师代明江教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月23日TheDesignandPropertyofConformalCoolingChannelsFabricatedbySelectiveLaserMeltingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuangYushanSupervisor：Prof.QiuW

2、anqiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TG1学校代号：10561学号：201521016369华南理工大学硕士学位论文选区激光熔化随形冷却模具设计及性能研究作者姓名：黄玉山指导教师姓名、职称：邱万奇教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料工程研究方向：金属增材制造论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：年月日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：刘敏（教授）委员：杜军（教授）、曾美琴（副教授）

3、、肖方明（教授）、韦春贝（高级工程师）摘要注塑模具冷却系统影响着成型制品的质量和生产效率，传统的冷却系统难以实现模具的均匀冷却，成型制品容易出现翘曲、收缩不均等缺陷。随形冷却水路依据制品外形变化，可实现均匀冷却，能显著改善制品的品质，减少冷却时间，具有很强的适用性，但是传统加工方法并不适用于加工随形冷却水路。选区激光熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）作为增材制造（AdditiveManufacturing，AM）的一种，成形自由度高，制备的金属零件致密度高、强度大、表面粗糙度低、并

4、能减少前期投资成本和节省制造时间，为注塑模具的制造带来革命性的发展。本论文用18Ni300马氏体时效钢粉末为实验材料，利用EOSM290选区激光熔化设备，对18Ni300马氏体时效钢选区激光熔化成形工艺及性能进行研究分析，主要研究的内容和成果如下：在成形工艺方面，设计了L49（3）正交实验。研究结果表明，SLM最优的工艺参数：激光功率285W、扫描速度960mm/s、扫描间距0.11mm，铺粉层厚为40μm，此时的输入能量密度为67.47J/mm3，可获得致密度高达99.99%。在选区激光熔化18Ni30

5、0马氏体钢成形性能方面，设计了L49（3）正交实验实验，对选区激光熔化马氏体时效钢的显微组织、物相和力学性能进行研究。研究结果表明，SLM成形原始马氏体时效钢物相主要由α(bcc)及少量γ(fcc)相组成，其硬度、抗拉强度及延伸率分别为34.8HRC，1165MPa，12.4%，断裂机制为穿晶韧性断裂。经过固溶处理后，物相主要由γ(fcc)相组成，硬度、抗拉强度、硬度和延伸率分别是28.4HRC，1025MPa，14.4%，断裂机制为准解理断裂。马氏体时效钢在400℃、480℃、560℃时效不同时间时，硬

6、度与强度分别经过32h、16h、1h时效处理达到峰值，断裂机制为穿晶韧性断裂。在固溶、时效热处理过程会发生α→γ相变：SolutionAging+Precipitates(NiMoNiTi)33、rev选区激光熔化18Ni300马氏体钢成形能力方面，上表面和下表面的粗糙度随着成形角度的增大呈降低的趋势，而且上表面的粗糙度要小于下表面的粗糙度。不同的成形角度对拉伸强度、弯曲强度没有影响，但对冲击韧性以及伸长率有明显的影响，冲击韧性和伸长率分别在60°与70°达到最低。提炼机械机

7、构的典型结构特征如薄壁、孔、尖I角、高长径比等并对SLM成形质量进行评估，评估标准包括SLM成形最大和最小尺寸、尺寸误差，并根据以上实验提炼出基于SLM直接成形的结构特征的设计规则。在随形冷却水路模拟方面，基于注塑成型传统管道式冷却系统及传热学的相关理论，建立简化模型，以冷却均匀性为目标，设计了L49（3）正交实验实验，结合CAE模拟软件，研究了随形冷却注塑模具的传热影响因素，得出了最主要的影响因素是两相邻冷却水道的间距。关键词：选区激光熔化，马氏体时效钢，热处理，工艺优化，性能测试，随形冷却水路IIAb

8、stractTheinjectionmoldcoolingsystemaffectsthequalityandproductionefficiencyofthemoldedproducts,themoldedproductsarepronetodefectssuchaswarpageandunevenshrinkagebecausetheconventionalcoolingsystemisdifficulttoachieve