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18Ni300模具钢逆铺粉方向不同倾斜角选区激光熔化成形工艺研究

唐光东  冯涛  段国庆  冯云龙  郭东海  吴朋越  
【摘要】:18Ni300模具钢强度、硬度高,韧性好,焊接性和冷热加工性能优异,常作为注塑模具被广泛应用。随着技术的进步,对于模具的综合性能、成形精度、结构自由度的要求越来越高,探寻新的制备技术已成为模具产业发展的重要方向。选区激光熔化技术是应用最为广泛的增材制造技术之一,该技术遵循离散-堆积原理,利用激光逐层熔化金属粉末,直接获得任意结构的实体零件,不仅提高了制备效率,简化了制备工序,也为设计者提供了更大的灵活性,能够制备出结构复杂、精密度高的金属零件,符合当前行业中对模具制备效率、成型率、性能、精度的要求。由于激光选区熔化成形过程中的影响因素较多,为了利用该技术更好的制备高质量的模具结构,尤其是结构复杂的零件,不仅要优化工艺参数、调整设备参数,还要从零件结构的角度出发,考虑零件的成形角度以及成形过程中的铺粉方向。以18Ni30粉末材料作为研究对象,并在自主研发的金属选区激光熔化设备上进行18Ni300金属试样的制备,重点研究了逆铺粉方向时不同倾斜角度(0°~90°)对金属零件选区激光熔化成形质量及性能的影响,并对其相对密度、粗糙度和硬度进行研究,以期对实际18Ni300模具钢复杂零件的选区激光熔化成形制备提供重要的技术指导。结果表明:逆铺粉方向成形条件下,倾斜角度为5°时试样悬垂面发生塌陷,变形严重,10°时试样悬垂面出现挂渣,超过10°后,试样成形质量逐渐变好,实际进行选区激光熔化成形时,小于10°的悬垂结构需要添加支撑结构提高试样表面质量;0°试样中仅有少量的小圆孔,倾斜角超过0°后,试样中存在尺寸稍大的不规则孔洞和尺寸较小的圆形气孔,而且随倾斜角度的逐渐增加,孔的数量减少,孔尺寸减小;由于试样中存在一定数量的孔,故相对密度发生不同的变化,随着倾斜角的增大,试样的相对密度先降低后增大,倾斜角0°时,相对密度最高达到99.95%以上;试样表面粗糙度呈先上升后下降趋势,在15°时粗糙度最大值为14.24μm,0°时粗糙度最小,为7.01μm;硬度呈先减小后增大的趋势,在0°时达到最大值,为42HRC。

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