基于温度控制的激光熔覆成形工艺研究

文章介绍了实验室自行搭建的激光熔覆成形平台,通过实验得出了一组最佳的成形工艺参数。该实验利用双色高温计测量熔池温度,实时控制激光输出功率,成功完成了薄壁零件的制造。所得薄壁零件表面平整、壁厚均匀、尺寸及形状精度较高,通过金相分析未发现微观裂纹或其他缺陷。     

吸烟焊枪在药芯焊丝CO2气保焊中的作用

采用吸烟焊枪进行药芯焊丝CO₂气保焊,通过记录烟尘扩散形态和焊接电流电压变化,采用高速摄像分析熔滴过渡过程,以及对比焊缝表面成形和采用X射线探伤揭示焊缝缺陷,并与未吸烟时对比,研究了不同吸烟功率和焊枪倾角下吸烟焊枪的吸烟行为及其对焊接过程和焊接质量的影响. 结果表明:焊接烟尘被有效吸入吸烟焊枪,其烟尘扩散形态整体呈锥形,并随吸烟功率的增加,其气流挺度增加,吸尘效果增强. 熔滴过渡仍表现为大滴排斥过渡,吸烟只是使熔滴过渡频率稍有增加. 采用不同功率以及焊枪倾角,均能得到表面成形良好和无缺陷的焊缝.     

单焊枪耦合电弧AA-TIG高速焊工艺

针对SUS304不锈钢,提出单焊枪耦合电弧AA-TIG高速焊接法.与传统TIG高速焊相比,该方法能够显著改善焊缝成形.在焊接速度为500mm/min时,单焊枪耦合电弧AA-TIG焊表面成形良好,焊缝熔深增大.在焊接速度达到1 800mm/min时,单焊枪耦合电弧AA-TIG焊焊缝表面没有出现驼峰和咬边缺陷.工艺试验结果表明:当主电弧电流和辅助电弧电流各自独立增大时,熔深和熔宽都增加,随着焊接速度逐渐提高,则呈现下降的趋势;当辅助电弧保护气体CO2体积分数逐渐增加时,熔深先增加后减小,在φ(CO2)=12%时获得最大深宽比;随着钨极间距的增加,熔深先增加后减小,且钨极间距在4mm时,深宽比最大.     

载重汽车用直齿轮冷挤压工艺参数多目标优化

针对大模数直齿轮冷挤压成形后端面加工余量大、齿顶塌角大和成形载荷大的问题,以齿顶圆角、入模角、劈分厚度、定径带长度为优化变量,应用响应面法和有限元数值模拟对齿轮冷挤压成形工艺参数进行多目标优化。以减小齿轮端面加工余量、提高齿顶充填性和降低成形载荷为目标,分别建立3个目标函数的二阶响应面模型,通过在可行变量空间内寻优,将优化后的最优工艺参数进行验证。研究结果表明:得到的模型预测精度高,能较好地描述3个目标函数关于设计变量的响应。大模数直齿轮冷挤压成形最优工艺参数为:齿顶圆角1.6 mm、入模角40°、劈分厚度2 mm、定径带长度15 mm。采用最优工艺参数加工的试样的端面加工余量降至1.91 mm,齿顶塌角量降至0.29 mm,成形载荷降低18.2%。工艺实验证明采用多目标优化得到的工艺参数可以获得合格的产品。     

激光金属直接成形中形貌自稳定效应的研究

为了在开环控制条件下直接制备出表面平整的薄壁零件,针对同轴送粉条件下粉末离焦对单道熔覆层厚度的影响,建立了理论模型,分析了成形表面出现的凹凸不平现象,对激光离焦和粉末离焦对单道熔覆层形貌的影响进行了实验研究.研究表明,激光离焦主要影响单道熔覆层的宽度,而粉末离焦主要影响单道熔覆层的厚度.在粉末负离焦条件下,激光金属直接成形过程具有形貌自稳定效应,能消除成形层的凹凸现象,从而制造出成形表面平整的薄壁零件样件.由于计算结果与实验结果的趋势能保持一致,形貌自稳定效应能够提高开环系统下薄壁零件的制造精度,因此具有实际的应用价值.     

基于遗传算法的机器人激光熔覆工艺参数多目标优化

激光熔覆技术作为增材制造技术的一种,具有熔覆质量高、修复精度高等特点,机器人激光熔覆系统是由激光技术与机器人技术相结合的高度集成化系统,广泛应用于装备制造领域。激光熔覆工艺参数直接影响熔覆精度和熔覆质量,进而影响再制造构件的服役寿命,因此提出遗传算法对工艺参数进行多目标优化,实验结果表明优化后的工艺参数能使得熔覆层形貌与质量得到明显提升。     

自愈合效应对光内送粉激光变斑熔覆成形薄壁件的影响

为提高激光熔覆成形不等宽构件的成形效率及成形精度,设计了相应的实验:基于光内送粉方式,在单道工艺中采用实时变激光光斑方法,一次扫描而非多道搭接直接熔覆出不等宽熔覆层,逐层堆积制造薄壁零件。分析了变斑过程中激光离焦量连续变化及"拼接"后分段连续变化对薄壁件成形质量的影响规律,结果表明:激光离焦量在-3~-5mm段时薄壁墙顶部平整,表面成形质量良好,熔覆层顶端形貌存在"自愈合"效应,而激光离焦量在0~-2mm段时薄壁墙顶部不平整,成形质量很差;在负离焦范围内,随激光离焦量增大,熔覆层高度先增加后降低,在-2.5mm处取得最大值;在正离焦范围内,熔覆层高度随激光离焦量增大也是先增加后降低,在2.5mm处取得最大值。为实现变斑过程中熔覆层尺寸的连续变化,且充分利用自愈合效应,提出了激光离焦量区间的拼接方法,获得了变斑过程中的自愈合区间,在此区间内逐层堆积出了熔覆层宽度从1到3mm连续变化的薄壁件。此项研究可望为光内送粉激光熔覆成形薄壁变壁厚类零件提供新的方法和工艺。     

增/减材复合加工316L宏观形貌和残余应力试验

为了研究激光功率P、送粉速率f和扫描速度v_f对熔覆层宏观质量的影响,采用正交试验进行激光熔化沉积的单层单道成形试验研究.以熔覆层的形状系数ξ为评价指标,通过极差分析获得P,f和v_f对几何形貌影响的主次顺序.结果表明:在一定工艺参数范围内,f对熔覆层ξ的影响最大;最佳工艺参数组合是P,f和v_f分别为1kW,0.7g/min和600mm/min.利用X射线衍射法对增/减材复合制造316L不锈钢薄壁圆环表面残余应力的分布进行了试验研究.结果表明:试样表面的顶部和底部是拉应力,中间部分是压应力;铣削加工可以消除一部分残余应力.     

基于响应面法的直齿轮冷挤压工艺多目标优化

针对某型大模数行星直齿轮在精锻成形工艺中成形载荷大、齿形塌角大及弹性回复影响齿形精度等问题,提出一种新型约束分流正冷挤压工艺.以降低成形载荷、减小轴向塌角长度及取得弹性回复量较小的齿轮为优化目标,以凹模入模角、毛坯直径系数、摩擦系数和模具挤压速度为优化变量,借助正交实验设计与Design-Expert V8软件进行响应面拟合建模分析,得到成形载荷及塌角长度的二阶响应面模型和弹性回复的线性模型,同时借助该软件进行多目标优化,得到最佳工艺参数组合,即入模角为67°,直径系数为1.15,摩擦系数为0.06,模具下压速度为52mm/s.有限元模拟和生产实践结果表明:优化后的工艺参数组合能生产得到弹性回复较小、表面质量好的行星直齿轮冷挤压件,并能有效减小塌角、降低成形载荷.     

激光熔覆ＴｉＢ－ＴｉＣ/Ｃｏ基复合涂层宏观形貌研究

为了改善Ｑ２３５钢表面合金涂层的成形质量,利用激光熔覆技术在Ｑ２３５钢试样表面制备了ＴｉＢＴｉＣ/Ｃｏ基复合涂层,表面的润湿性逐渐降低,基体对熔覆层的稀释率逐渐减小;随着熔覆层搭接率增加,熔覆层表面平整度逐渐增加,搭接区域均熔合良好,未出现气孔、夹杂等明显缺陷,但搭接区微观组织明显粗化;随着扫描速度增加,熔覆层表面平整度逐渐变差,润湿角和稀释率明显减小;随着激光输出功率增加,熔覆层的表面形貌、润湿角和稀释率变化规律正好相反。通过对试验结果的研究了工艺参数对激光熔覆ＴｉＢ－ＴｉＣ/Ｃｏ基复合涂层宏观形貌的影响。结果表明:随着预置粉末层厚度增加,熔覆材料在基体综合分析,使熔覆层能获得良好宏观形貌的工艺参数为:光斑尺寸为５ｍｍ;搭接率为５０％;激光输出功率为２.３ｋＷ;扫描速度为４ｍｍ/ｓ。