本發(fā)明屬于3d打印，尤其涉及一種基于選區(qū)激光熔化增材制造技術(shù)的汽車制動(dòng)卡鉗制造方法。

背景技術(shù)：

1、隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)汽車部件的性能和質(zhì)量要求不斷提高。制動(dòng)系統(tǒng)作為汽車安全的重要組成部分，制動(dòng)卡鉗的設(shè)計(jì)和制造直接影響到汽車的制動(dòng)效果和車輛的安全性。傳統(tǒng)的制動(dòng)卡鉗制造方法多采用鑄造或鍛造工藝，這些工藝雖然成熟，但在滿足復(fù)雜形狀、輕量化設(shè)計(jì)以及耐高溫性能材料使用方面存在一定局限性。

2、近年來，增材制造技術(shù)，尤其是選區(qū)激光熔化(slm)技術(shù)，因其能夠直接根據(jù)三維數(shù)字模型制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)而受到廣泛關(guān)注。slm技術(shù)通過逐層熔化金屬粉末，構(gòu)建出高精度、復(fù)雜形狀的零部件，具有設(shè)計(jì)靈活性高、材料利用率高和生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。此外，slm技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)多種材料的原位復(fù)合，改善部件的力學(xué)性能和熱導(dǎo)性能，滿足現(xiàn)代汽車行業(yè)對(duì)材料性能的多樣化需求。

3、在制動(dòng)卡鉗的制造過程中，材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)的優(yōu)化以及后續(xù)的熱處理和表面強(qiáng)化等因素，都對(duì)最終產(chǎn)品的性能有著重大影響。目前，盡管已有一些針對(duì)制動(dòng)卡鉗的增材制造研究，但仍缺乏系統(tǒng)的、全面的方法論來實(shí)現(xiàn)其性能的綜合優(yōu)化。特別是在高功率密度激光束作用下，如何精準(zhǔn)控制激光能量輸入，以實(shí)現(xiàn)微觀組織的優(yōu)化以及材料性能的梯度化分布，仍然是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。

4、因此，開發(fā)一種基于slm技術(shù)的汽車制動(dòng)卡鉗制造方法，以實(shí)現(xiàn)其輕量化設(shè)計(jì)、性能提升及制造過程的智能化，將對(duì)提升汽車制動(dòng)系統(tǒng)的安全性和可靠性具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于選區(qū)激光熔化增材制造技術(shù)的汽車制動(dòng)卡鉗制造方法，主要用于解決通過傳統(tǒng)制造方法制得的汽車制動(dòng)卡在輕量化、耐高溫性能等方面不足的缺陷。

2、為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種基于選區(qū)激光熔化增材制造技術(shù)的汽車制動(dòng)卡鉗制造方法，包括以下步驟:

4、(1)對(duì)三維數(shù)字模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)區(qū)域劃分，制定結(jié)構(gòu)區(qū)域的slm工藝參數(shù)策略，所述slm工藝參數(shù)策略包括調(diào)節(jié)激光功率、掃描速度、掃描間距、粉末層厚度；

5、(2)根據(jù)制動(dòng)卡鉗的三維數(shù)字模型及slm工藝參數(shù)策略，在slm設(shè)備的粉末床內(nèi)鋪設(shè)增材粉末，利用高功率密度激光束逐層掃描粉末床表面，選擇性熔化粉末顆粒，控制激光能量密度輸入，匹配粉末材料的熱物理特性，控制微觀組織演變，獲得力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的梯度化分布，待一層熔化凝固后，粉末床下降一個(gè)層厚的高度，鋪展新的粉末層，循環(huán)上述過程，直至完成制動(dòng)卡鉗的增材制造；

6、(3)在成型過程中，對(duì)熔池形貌、溫度場(chǎng)分布進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法動(dòng)態(tài)優(yōu)化所述slm工藝參數(shù)策略；

7、(4)完成成型后，對(duì)制動(dòng)卡鉗進(jìn)行熱處理和表面強(qiáng)化，釋放殘余應(yīng)力，細(xì)化晶粒，并在制動(dòng)卡鉗的摩擦副表面制備梯度過渡層和耐高溫陶瓷涂層。

8、在一些實(shí)施例中，所述增材粉末包括ti-6al-4v鈦合金粉末，粉末粒徑分布在2～50nm，顆粒形貌球化，松裝密度不低于50％，在slm成型過程中，促使鈦合金基體細(xì)化晶粒、引入高密度位錯(cuò)，并誘導(dǎo)α'馬氏體相變。

9、在一些實(shí)施例中，在制定所述制動(dòng)卡鉗的三維數(shù)字模型時(shí)，對(duì)制動(dòng)卡鉗進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化和仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，生成具有復(fù)雜中空特征和變截面壁厚的輕量化模型數(shù)據(jù)，引入高導(dǎo)熱材料填充和表面散熱結(jié)構(gòu)，作為slm成型的三維實(shí)體模型輸入。

10、在一些實(shí)施例中，所述拓?fù)鋬?yōu)化和仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括對(duì)制動(dòng)卡鉗的輕量化設(shè)計(jì)，采用基于梯度材料和變密度拓?fù)鋬?yōu)化理論的復(fù)雜結(jié)構(gòu)生成式設(shè)計(jì)方法，將結(jié)構(gòu)區(qū)域劃分為制動(dòng)功能區(qū)和非關(guān)鍵功能區(qū)，在非關(guān)鍵功能區(qū)中生成具有中空腔體、變截面壁厚、蜂窩狀多孔內(nèi)部的仿生結(jié)構(gòu)模型，并優(yōu)化拓?fù)溥吔绲某叽绾托螤顓?shù)，降低制動(dòng)卡鉗的整體重量。

11、在一些實(shí)施例中，所述拓?fù)鋬?yōu)化和仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括對(duì)制動(dòng)卡鉗的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用slm技術(shù)的形體自由度，通過在制動(dòng)功能區(qū)構(gòu)建三維立體的冷卻流道網(wǎng)絡(luò)，并在冷卻流道網(wǎng)絡(luò)的表面設(shè)計(jì)高比表面積的針肋狀、鰭片狀散熱結(jié)構(gòu)單元，在預(yù)定位置引入導(dǎo)熱系數(shù)不低于400w/(m·k)的石墨烯、碳納米管或金剛石顆粒高導(dǎo)熱材料，構(gòu)建定向熱傳導(dǎo)通道，加速熱量疏導(dǎo)。

12、在一些實(shí)施例中，在成型過程中，結(jié)合實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析得到所述制動(dòng)卡鉗的補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域，并對(duì)所述補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，所述補(bǔ)強(qiáng)處理包括：

13、對(duì)制動(dòng)卡鉗的薄壁區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，壁厚由外向內(nèi)梯度遞減，內(nèi)外表面采用格狀加筋，提高薄壁結(jié)構(gòu)的抗變形能力；

14、對(duì)制動(dòng)卡鉗的內(nèi)腔區(qū)域采用掃描策略，所述掃描策略包括島區(qū)掃描或分區(qū)掃描，將內(nèi)腔區(qū)域劃分為多個(gè)子區(qū)域，各區(qū)依次進(jìn)行激光掃描熔化，子區(qū)域之間設(shè)置冷卻時(shí)間，減少內(nèi)腔變形塌陷；

15、對(duì)懸垂結(jié)構(gòu)采用多層次樹狀支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)的主干直徑大于懸垂結(jié)構(gòu)直徑的30％，所述支撐結(jié)構(gòu)的分支直徑大于主干直徑的50％，支撐密度隨懸垂高度遞減。

16、在一些實(shí)施例中，在制定結(jié)構(gòu)區(qū)域的slm工藝參數(shù)策略時(shí)，結(jié)合粉末材料的熱導(dǎo)率、比熱容、熔點(diǎn)、粘度熱物理參數(shù)，以及制動(dòng)卡鉗不同結(jié)構(gòu)區(qū)域?qū)αW(xué)性能、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的指標(biāo)需求，通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬仿真，獲得激光功率、掃描速度、掃描間距和粉末層厚度參數(shù)在不同區(qū)域的最佳匹配組合，建立分區(qū)域參數(shù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)slm成型過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能分析與閉環(huán)控制。

17、在一些實(shí)施例中，在所述熱處理中采用固溶時(shí)效處理，將slm成型的制動(dòng)卡鉗置于真空或保護(hù)氣氛熱處理爐中，在820～850℃保溫1-5h，空氣冷卻至室溫，釋放殘余應(yīng)力；

18、在所述表面強(qiáng)化中采用噴丸強(qiáng)化，噴丸介質(zhì)為陶瓷或金屬珠，噴丸壓力為0.3-0.6mpa，覆蓋率達(dá)到200％以上，再采用振動(dòng)去應(yīng)力或低溫回火方法，消除噴丸引入的表面殘余應(yīng)力。

19、在一些實(shí)施例中，在制動(dòng)卡鉗的摩擦副表面通過slm工藝制備梯度過渡層，過渡層厚度為0.5～2mm，材料為高溫合金粉末與固體潤(rùn)滑劑mos2、石墨、ws2的混合物，潤(rùn)滑劑體積分?jǐn)?shù)為5～20％，降低摩擦因數(shù)和磨損；

20、在梯度過渡層表面通過激光熔覆或等離子噴涂工藝制備耐高溫陶瓷涂層，涂層材料為8ysz、cr2o3、al2o3，涂層厚度為100～500μm，提高耐高溫磨損性能。

21、在一些實(shí)施例中，在制動(dòng)卡鉗內(nèi)部采用slm工藝制備冷卻結(jié)構(gòu)，所述冷卻結(jié)構(gòu)包括仿生樹狀分形通道和高導(dǎo)熱填充材料，分形通道直徑由內(nèi)向外遞增，末級(jí)支流直徑不大于1mm，相鄰級(jí)直徑比不小于1.5；高導(dǎo)熱填充材料選自cu、ag、石墨烯，填充率為5～10％。

22、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少包括以下有益效果：

23、1、性能優(yōu)化與輕量化：采用鈦合金或鋁合金粉末和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，使制動(dòng)卡鉗在保持強(qiáng)度和剛度的同時(shí)顯著降低重量，這種輕量化有效提高汽車的能耗經(jīng)濟(jì)性；此外，優(yōu)化材料的熱物理特性，能夠有效改善制動(dòng)系統(tǒng)的熱管理，減少高溫下性能衰退的風(fēng)險(xiǎn)，從而確保在極端工作條件下的可靠性；

24、2、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造能力：slm技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使得制動(dòng)卡鉗能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的內(nèi)部冷卻通道和多樣化的幾何結(jié)構(gòu)，這些設(shè)計(jì)有助于提升熱傳導(dǎo)效率和散熱性能；通過仿生結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出高效散熱結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)制動(dòng)卡鉗在工作時(shí)的熱管理能力；此外，中空特征和變截面壁厚的設(shè)計(jì)，能夠有效降低應(yīng)力集中，提升部件在高負(fù)載情況下的抗變形能力，從而提升制動(dòng)系統(tǒng)的整體安全性；

25、3、生產(chǎn)效率提升與成本降低：通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能優(yōu)化slm工藝參數(shù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以在生產(chǎn)過程中動(dòng)態(tài)調(diào)整制造參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制；這種智能化的制造過程不僅降低了次品率，還縮短了生產(chǎn)周期，提升了生產(chǎn)效率；同時(shí)，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求變化，能夠靈活調(diào)整設(shè)計(jì)和制造方案，進(jìn)一步提升了制造的靈活性和適應(yīng)性。

26、下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。