Làm thế nào để áp dụng công nghệ lắng đọng năng lượng trực tiếp (DED) vào sửa chữa khuôn?

一, Nguyên lý của công nghệ DED là kỹ thuật kiểm soát bể tan chảy chính xác.
Công nghệ DED sử dụng-chùm tia năng lượng cao (laser, chùm tia điện tử hoặc hồ quang) để làm tan chảy bột kim loại hoặc dây điện cùng lúc, xếp chồng chúng lên nhau từng lớp để tạo thành hình dạng ba-chiều. Những lợi ích chính của nó là:
Kiểm soát nhiệt độ chính xác: Công suất laser, tốc độ quét và lượng cấp bột đều có thể được thay đổi linh hoạt để có được kích thước chính xác của bể tan chảy. Ví dụ, hệ thống composite đồng trục đa tia laser CMT Advanced của Enigma Nam Kinh có sáu mô-đun laser có thể được điều khiển riêng biệt. Phương pháp này sử dụng công nghệ tổng hợp tia laser xanh đỏ để làm cho các vật liệu có tính phản ứng cao-như đồng và nhôm hấp thụ nhanh hơn ba lần so với các phương pháp truyền thống trong khi vẫn giữ vùng chịu ảnh hưởng nhiệt trong khoảng 0,5 mm.
Khả năng thích ứng với một số vật liệu: Hỗ trợ lắng đọng hơn 300 loại kim loại khác nhau, chẳng hạn như hợp kim titan, hợp kim nhiệt độ cao-dựa trên niken và thép khuôn. Bằng cách sử dụng công nghệ DED, Relativity Space, một công ty-có trụ sở tại Hoa Kỳ, đã có thể sửa chữa các cánh động cơ tên lửa được làm bằng thép không gỉ 316L. Vấn đề nứt vỡ trong quá trình xử lý nhiệt đã được khắc phục bằng cách phủ chúng bằng bột hợp kim gốc coban-. Lớp sửa chữa có độ cứng HRC48 và ở nhiệt độ cao tốt hơn 15% so với lớp nền.
Sản xuất vật liệu chuyển màu: Bằng cách thay đổi tỷ lệ thành phần bột theo thời gian thực, có thể liên tục lắng đọng các vật liệu được phân loại theo chức năng (FGM). Hyde Laser Services đã sản xuất khuôn tổng hợp bằng đồng bằng thép công cụ cho ngành điện hạt nhân. Nó có cấu trúc bánh sandwich với chất nền Ampcolo 940, lớp chuyển tiếp Monel 400 và lớp đúc P21. Điều này giúp làm mát hiệu quả hơn 40% và giảm 30% thời gian chu kỳ.
2, Các vấn đề chính về sửa chữa khuôn và giải pháp DED
1. Khắc phục vết nứt mỏi nhiệt
Khuôn đúc có khả năng phát triển các vết nứt nhỏ khi chúng trải qua các chu kỳ làm nóng và làm mát lặp đi lặp lại. Lượng nhiệt đầu vào cao trong quá trình sửa chữa hàn hồ quang argon truyền thống thường khiến các vết nứt lan rộng. Công nghệ DED sửa chữa chính xác bằng cách sử dụng các ý tưởng mới sau:
Quy trình Chuyển đổi kim loại nguội (CMT) như sau: Hệ thống CMT Advanced của Enigma Nam Kinh sử dụng công nghệ điều khiển chuyển tiếp mạch ngắn-hồ quang để cắt giảm 2-lượng nhiệt đi vào hàn MIG. Khi cố định khuôn vỏ hộp số ô tô, một kết cấu tường mỏng 0,3mm{4}}được đổ vào mà không có bất kỳ vết nứt nào, đồng thời lớp sửa chữa và lớp nền được liên kết với nhau với cường độ luyện kim 420MPa.
Tạo hình tự do bằng chùm tia điện tử (EB-DED): Chùm tia điện tử có thể cố định các kim loại hoạt động như hợp kim titan mà không bị oxy hóa trong chân không. Khi cố định cánh động cơ máy bay, công nghệ EB{2}}DED đã làm cho kích thước hạt của lớp lắng đọng hợp kim nhiệt độ cao-dựa trên niken mịn hơn theo tiêu chuẩn ASTM cấp 8. Điều này làm cho độ bền nhiệt độ cao-mạnh hơn 25%.
2. Sửa khoang sâu phức tạp
Để cố định khuôn kênh nước làm mát phù hợp, phải giữ nguyên cấu trúc kênh dòng chảy ban đầu. Khả năng liên kết nhiều trục với nhau của công nghệ DED cho thấy một số lợi ích độc đáo:
Lắng đọng liên kết năm{0}}trục: Hệ thống Optomec LENS 750 có bàn làm việc xoay nghiêng có thể khắc phục các điểm mù trong khoang khuôn ở góc 360 độ . Trong dự án sửa chữa khuôn vỏ của thiết bị gia dụng, kênh làm mát xoắn ốc đường kính 2 mm đã được cố định một cách hiệu quả bằng cách sử dụng quy hoạch đường dẫn tối ưu hóa cấu trúc liên kết. Tuổi thọ của khuôn được kéo dài thêm 40% sau khi sửa chữa và tỷ lệ chất lượng sản phẩm lên tới 98,5%.
Công nghệ sửa chữa tại chỗ: Máy công cụ lai LASERTEC 65 3D của DMG Mori kết hợp các chức năng trừ phay và cộng DED. Điều này có nghĩa là nó có thể sửa chữa mà không cần tháo khuôn ra. Khi sửa khuôn cho tay nắm cửa ô tô, việc sửa chữa bề mặt chính xác 0,1mm nhanh hơn sáu lần so với sử dụng các phương pháp cắt dây thông thường.
3. Khôi phục quy mô và cải thiện hiệu suất
Để khắc phục sự mài mòn trên các khuôn lớn, bạn cần tìm sự cân bằng giữa độ chính xác về kích thước và chất lượng cơ học. Phương pháp lắng đọng theo lớp của công nghệ DED cung cấp các giải pháp tiên tiến:
Sử dụng lớp có độ dày lớp 0,25-0,5 mm bằng cách xếp chồng lớp và điều khiển vòng kín-theo thời gian thực, gần quá trình sản xuất tạo hình lưới có thể giữ độ chính xác về kích thước trong phạm vi ± 0,05 mm. Khi cố định cột ép thủy lực 10.000 tấn, công nghệ DED được sử dụng để phục hồi bề mặt hình trụ có đường kính 1,2m. Độ dao động độ đồng đều (HV) của lớp sửa chữa nhỏ hơn 5%, lớn hơn ba lần so với quy trình hàn thông thường.
Việc thêm 0,5% hạt nano TiC vào bột thép khuôn H13 và sử dụng đặc tính hóa rắn nhanh của DED để tạo ra sự phân bố cacbua mịn và dàn trải- được gọi là "gia cố hạt nano". Khuôn được khôi phục hiện có khả năng chống mài mòn nhiệt cao gấp đôi và có thể xử lý hơn 100.000 chu kỳ phun.
3, Ví dụ về cách thức hoạt động của ngành và nó có thể giúp ích cho nền kinh tế như thế nào
1. Lĩnh vực hàng không vũ trụ
Một công ty sản xuất động cơ máy bay sử dụng công nghệ DED để cố định phần mộng của cánh tuabin. Chi phí thay thế các bộ phận mới đã giảm từ 800.000 nhân dân tệ xuống còn 120.000 nhân dân tệ và thời gian sửa chữa đã giảm từ 45 ngày xuống còn 7 ngày. Lưỡi dao được khôi phục đã trải qua 5000 cuộc thử nghiệm ở nhiệt độ cao 1000 độ mà không có bất kỳ vết nứt lan rộng nào.
2. Cơ sở ở Thượng Hải của Tesla sử dụng công nghệ DED để sửa chữa các khuôn đúc-khổng lồ trong ngành sản xuất ô tô. Điều này khôi phục độ chính xác về kích thước bằng cách lắng đọng hợp kim nhôm silicon. Một lần sửa chữa giúp tiết kiệm 2 triệu nhân dân tệ chi phí thay thế khuôn mẫu và giảm 90% thời gian ngừng sản xuất. Khuôn cố định đã tạo ra 100.000 nắp sau Model Y không ngừng nghỉ và độ ổn định kích thước của sản phẩm (giá trị CPK) luôn ở mức trên 1,67.
3. Lĩnh vực thiết bị năng lượng
Tập đoàn Hạt nhân Quốc gia Trung Quốc sử dụng công nghệ DED để cố định các ống truyền nhiệt trong tua bin hơi nước của các cơ sở điện hạt nhân. Thêm thép không gỉ 316L vào thành ống sẽ phục hồi độ dày của nó. Lớp sửa chữa có khả năng chống ăn mòn cao hơn 20% so với lớp nền (thử nghiệm ASTM G28). 15 tiết kiệm được hàng triệu nhân dân tệ mỗi năm khi bảo trì một thiết bị.