[发明专利]一种3D打印纤维局部增强的扁挤压筒的制备方法

说明书

本发明公开了一种3D打印纤维局部增强的扁挤压筒，包括相互套接的外筒和内套，内套上设置有呈扁椭圆形的挤压扁孔，沿挤压扁孔的周向设置有去材槽，去材槽内填充有内衬物。本发明在挤压扁孔周边开有去材槽，通过3D打印技术，使用H13钢粉末和纤维作为原材料在去材槽位置进行打印，大大改善现有扁挤压筒的应力集中区域的力学性能，将危险部位的抗拉强度提高50％以上，使用寿命提高1000％以上，从而在恶劣条件下能够使扁挤压筒实现更多次数挤压，大大提高其使用寿命，降低使用成本。

技术领域

本发明属于挤压设备技术领域，具体涉及一种3D打印纤维局部增强的扁挤压筒，本发明还涉及一种3D打印纤维局部增强的扁挤压筒的制备方法。

背景技术

扁挤压筒是挤压大型扁宽薄壁型材的一种非常有效的工具。由于扁挤压筒内孔和壁板型材具有较大的几何相似性使得金属流动性更均匀、所用挤压力更低，而产品组织性能均匀、成品率更高，因而扁挤压筒在挤压薄壁板材上有着圆筒不可替代的优势。但由于扁挤压筒的挤压环境恶劣，因形状不对称会产生应力分布集中，通过有限元分析得出最大应力往往高达1100MPa 左右，接近扁挤压筒材料H13钢的屈服强度1300MPa，容易造成开裂失效。

纤维增强金属基复合材料具有轻质、比强度、比模量高、耐磨性强、耐高温性能好、抗疲劳和抗老化等优良的综合性能，中科院金属所开发了用作增强体的SiC纤维，最高强度达到3400MPa。国内有人使用SiC纤维增强的 6061铝合金基复合材料，在SiC体积分数为34％时，室温抗拉强度由原来的205MPa提高到1034MPa，由于纤维具有取向性，在利用3D打印技术制备局部纤维增强扁挤压筒时必须考虑纤维的方向，以保证扁筒内衬沿纤维方向受到的拉力为最大拉力方向。

目前研究的扁挤压筒内套内腔结构多由直线和过渡圆弧曲线连接而成，因此在使用过程中由于几何不对称性造成内套内孔圆弧处成为扁挤压筒使用过程中最容易开裂处，实际生产中大型扁挤压筒的内套失效基本都发生在这个位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印纤维局部增强的扁挤压筒，解决了现有扁挤压筒在使用过程中应力分布集中、容易造成开裂失效的问题。

本发明一种3D打印纤维局部增强的扁挤压筒所采用的技术方案是，包括相互套接的外筒和内套，内套上设置有呈扁椭圆形的挤压扁孔，沿挤压扁孔的周向设置有去材槽，去材槽内填充有内衬物。

本发明的特征在于，

去材槽为呈马蹄状的去材槽a，且其分布在挤压扁孔的长轴方向两端。

去材槽为呈扁椭圆形的去材槽b，且其沿挤压扁孔的周向分布。

去材槽的去材厚度为5mm-100mm。

本发明的另一个目的是提供一种3D打印纤维局部增强的扁挤压筒的制备方法。

本发明一种3D打印纤维局部增强的扁挤压筒的制备方法的技术方案是，具体包括以下步骤：

步骤1，选取原材料纤维和H13钢粉，根据扁挤压筒待增强部位去材槽 a或去材槽b的实际尺寸，完成其三维CAD模型，利用3D打印前处理软件将待打印模型分层处理；

步骤2，将步骤1得到的分层处理信息输入到SLM快速成型机中，得到激光烧结及纤维导头路径；

步骤3，预热步骤2的SLM快速成型机，将SLM快速成型机工作区域抽真空后通入氩气密封，然后在SLM快速成型机工作区域内铺设一层H13 钢粉，随后快速放入扁挤压筒，激光烧结该处H13钢粉，完成该层的成型；

步骤4，纤维导头在步骤3成型区域上层均匀、方向性的摆放纤维，之后SLM快速成型机工作台下降，铺设一层H13钢粉，激光烧结；