等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大.为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力.结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转.最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘.残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力.本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础.     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大。为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力。结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转。最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘。残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力。本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础。     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大.为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力.结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转.最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘.残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力.本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础.     

机器人等离子熔射成形过程模拟及实验研究

建立了机器人等离子熔射成形过程数学模型,采用ANSYS数值模拟软件对多周期的机器人熔射成形过程进行数值模拟.模拟分析了不同叠加角度条件下的多周期熔射成形过程并与实验结果进行了比较.结果表明采用90°轨迹叠加角度,可以获得具有最小残余应力分布和更加致密组织结构的金属皮膜,有利于提高熔射金属皮膜的成形性.     

等离子熔射成形模拟系统设计与研究

设计并开发了一种等离子熔射成形过程的数值模拟系统.系统描述了从射流至基体的整个熔射成形过程以及各对象的状态和行为,并生成熔射成形过程的三维动画.在分析中同时考虑射流、熔射粒子、皮膜的影响因子对熔射结果的影响,找出部分主要工艺参数对熔射的影响规律.由等离子熔射铁片模拟所得到的计算结果与实验观测现象基本符合,表明了此系统用于系统地模拟和分析等离子熔射成形过程是可行的.     

基于熔滴多维统计的熔射涂层孔隙率模拟

熔射成形涂层的微观结构,如孔隙的大小、形状、分布和涂层的表面粗糙度等,影响涂层的机械性能和物理性能,进而影响成形零件的使用性能.为方便研究熔射涂层成形过程以及成形工艺参数对涂层孔隙率的影响,本文以镍铝合金为例,依据熔滴薄片照片反映的形状特点生成数字化熔滴薄片,并结合熔滴时间和空间的多维统计特征模拟了熔射成形涂层的孔隙率.模拟涂层孔隙率为6.13％,与参考文献中相同条件下的实验结果5.7％比较接近.研究结果对熔射成形模具和零件的涂层质量控制具有参考意义.     

等离子熔积成形过程的温度场有限元模拟

建立了等离子熔积成形过程移动热源和动质传热的三维有限元数学模型,进行了该过程温度场的模拟分析．模拟结果表明,等离子熔积成形的温度场具有时空交变与不均匀分布的特性,随着熔积层数的增加,零件温度均匀化程度提高,冷却速度下降;但随着冷却速度下降,易产生流淌,影响成形性．最后通过对温度场的实验测定,模拟结果与实验结果基本符合,证明了熔积成形模拟计算模型的合理性．     

精细饰纹件等离子熔射快速制造技术研究

提出了精细饰纹件等离子熔射快速制造技术．在大量实验基础上，着重研究精细饰纹熔射成形及后处理过程中的关键技术问题，详细分析和评价了基模特性、射流特性、粉末特性、熔射枪结构、熔射工艺参数等重要因素对熔射成形件质量的影响，给出了射流图像采集方法、粉末飞行速度和温度的数值模拟模型及测量技术方案，最后进行了典型精细饰纹件的熔射成形实验．研究结果表明：等离子熔射成形技术可以快速制造精细饰纹件，实现成形与加工一体化，且工艺简单、成本低，是极具发展潜力的制造方法．     

等离子熔射快速制模中皮膜形成过程的模拟

等离子熔射性速制模法可以由快速原型或天然素材原型快速复制硬质合金模具，而控制等离子熔射成形工艺，保证熔射皮膜的质量是该技术的关键，建立了包括等离子发生过程，粒子在射流中飞行及加热，熔射层的生长及孔隙形成三阶段的熔射皮膜生长过程的数学模型，进行了数值模拟计算，并通过实验验证了有关数学模型与模拟计算方法的正确性，熔射皮膜形成过程模拟软件的开发将为等离子熔射快速制模工艺的合理设计提供科学工具。     

机器人等离子熔射路径对皮膜残余应力的影响

通过对Z字形、Z字形变向 4 5°、Z字形变向 6 0°、Z字形变向 90°四种等离子熔射路径的皮膜残余应力进行测试和比较 ,得出Z字形变向 90°的熔射路径优于其他三种路径的实验结果 ,从而为建立合理的熔射工艺提供了依据     

SOFC梯度功能PEN部件的等离子熔射数字化制造

将功能梯度材料、快速原型制造、等离子熔射与机器人数字化成形技术相结合,多层连续熔射快速制造平板和瓦楞式固体氧化物燃料电池(SOFC)的三合一电极(PEN)部件.采用自主研发的梯度功能送粉设备,通过系统的工艺试验,探讨并研究了阳极、电解质与阴极层间连续梯度变化规律,以及阳极与阴极的多孔性特征;利用电子探针和能谱分析等检测手段分析了PEN部件材料成分的梯度变化情况.结果表明:采用本方法能够获得SOFC的PEN部件所需的成分与组织呈连续梯度变化,阳极与阴极孔隙率高的梯度功能涂层.     

钨异形件等离子喷涂近净成形技术研究

采用等离子喷涂近净成形技术制备钨喷管、钨药型罩等薄壁或复杂形状零部件,研究热等静压温度、压力及处理时间对其致密度、组织结构、显微硬度及拉伸强度等性能的影响.研究结果表明:喷涂成形件为典型的柱状晶层片结构,粒子层结合部位存在较多孔隙及微观缝隙,成形件致密度为85.6％,其显微硬度和拉伸强度等力学性能偏低.经低压热等静压( 1600℃,10 MPa,60 min)、高压热等静压(1600℃,150 MPa,120 min)及二步热等静压(1600℃,10 MPa,60 min和1600℃,150 MPa,120 min)处理后,随着热等静压压力的升高以及处理时间的延长,钨构件的相对密度、显微硬度及拉伸强度逐渐增大,多面体再结晶晶粒逐渐长大,沉积层仍保持原始的层片结构.然而,当热等静压温度显著升高及时间延长(2000℃,10 MPa,360 min),样品由层片结构转变为颗粒结构,再结晶晶粒显著长大,断口呈典型的穿晶断裂形貌.     

Simulation of jet-flow solid fraction during spray forming

A numerical model was developed to simulate the jet-flow solid fraction of W18Cr4V high-speed steel during spray forming. The whole model comprises two submodels:one is an individual droplet model, which describes the motion and thermal behaviors of individual droplets on the basis of Newton's laws of motion and the convection heat transfer mechanism; the other is a droplet distribution model, which is used to calculate the droplet size distribution. After being verified, the model was used to analyze the effects of parameters, including the initial gas velocity, deposition distance, superheat degree, and the ratio of gas-to-metal mass flow rates, on the jet-flow solid fraction. Finally, an equation to predict the jet-flow solid fraction directly and conveniently according to the parameters was presented. The values predicted by the equation show good agreement with those calculated by the numerical model.     

热等静压对等离子喷涂成形制备钼制品的影响

先采用球磨加喷雾干燥制备喷涂钼粉,然后通过等离子喷涂制备预设厚度的钼沉积层,再对其进行热等静压处理制备钼制品。使用阿基米德法测量钼沉积层和钼制品的相对密度,用显微硬度计测量它们的维氏硬度,用万能材料试验机测试它们的拉伸强度,用扫描电镜观察它们的外表面、截面和断口微观形貌。研究结果表明:采用等离子喷涂技术能制备致密度达89.7%、拉伸强度达44 MPa、显微硬度(HV)约152、厚度达5 mm的钼沉积层。钼沉积层经过低压热等静压处理后,其显微结构得到改善,相对密度达92%,力学性能提高(拉伸强度达到54 MPa,显微硬度(HV)约246);经二次高压热等静压处理后,钼沉积层的层状结构特征完全消失,颗粒结合紧密,出现等轴晶粒,伴随晶粒长大,断口出现穿晶解理断裂,相对密度达到97.3%,拉伸强度提高到110 MPa,显微硬度(HV)达到321。     

水火弯板几个成形参数的实验分析

提出船体外板水火加工影响成形因素的测试方法。通过对船厂实船板加工数据的测量，定性分析温度应力、加热线顺序、加工板曲率、边界条件及二次边热对成型效果的影响规律，并给出其变化曲线和数据对比。探讨了影响变形的本质。为理论分析奠定实验基础。