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.     

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。     

激光熔覆成形薄壁件离焦量和Z轴提升量选择方法

离焦量和Z轴提升量影响激光熔覆成形薄壁件的精度和效率,得到高精度薄壁件的关键是使Z轴提升量等于初始离焦量下的熔覆高度.为了解决高精度、高效率激光熔覆成形薄壁件问题,基于概率学构建了同轴送粉式激光熔覆系统的粉末分布密度模型,得到了不同负离焦量下熔覆高度计算公式并进行实验验证.提出了任意负离焦量和Z轴提升量下多层熔覆成形薄壁件高度的计算方法并进行实验验证.结果表明多层熔覆成形薄壁件高度的计算结果与实验结果基本一致,选择尽可能大并且能够形成自愈合作用的负离焦量,并使Z轴提升量等于该离焦量对应的熔覆高度计算值,可以得到成形效率高、精度高的薄壁件.     

选择性激光熔化高温合金粉末成形工艺

为研究高温合金在SLM成形过程中熔池的形貌、熔化成形零件的致密度,通过实验分析激光功率、扫描速度和扫描间距等对成形过程的影响.实验结果表明：激光功率的大小是影响熔池好坏和成形试样致密度高低的主要因素.通过正交实验对工艺参数优化,其激光功率为400W、扫描间距为0.1 mm、扫描速度为700 mm/s时,致密度最大为85.8％.在该组优化参数下成功试制零件.     

薄壁陶瓷零件的挤出冷冻3D打印工艺

挤出冷冻3D打印工艺是一种适合于陶瓷零件的成型工艺.该工艺用于薄壁陶瓷零件成形时,由于这类零件空间结构支撑薄弱,在打印成型过程中极易发生变形,因此用ZrO_2膏体对薄壁陶瓷零件的挤出冷冻3D打印工艺进行了研究,探讨了薄壁中挤出体构成层数和薄壁倾斜角度对零件成形精度的影响.结果表明:同样的陶瓷零件,薄壁构成层数越多,零件的精度越高,可成形角度越大,但是成形效率大大降低.一般薄壁零件可采用二层挤出体的薄壁构成,在单挤出头无支撑的情况下可以在-20°～20°的倾斜角度精确成形.当零件要求更高的精度和倾斜角度更大的设计时,可以采用三层的薄壁构成.     

大功率激光熔化镍基高温合金成形实验研究

为研究大功率激光下镍基高温合金IN718成形工艺参数对其表面质量及致密度的影响,采用DYLM-200金属粉末熔化成形机制做八个试样,通过扫描电子显微镜观察其表面形貌,分析不同激光工艺参数下试样的表面形貌特征。实验结果表明:成形工艺参数的改变直接影响成形零件的表面质量及其致密度。较小激光能量密度产生的球化现象减小了成形零件的致密度,适当地增加激光能量密度可以获得较好的成形表面质量和零件致密度;适当地减小激光扫描间距可以减少孔隙的产生,能够提高零件的致密度。该研究为选择性激光熔化3D打印成形的IN718零件在航空航天中的应用以及后续的研究提供了参考依据。     

数控渐进成形技术航天应用前景分析

航天器薄板成形技术是航天器结构中薄壁零件制造的关键技术。本文针对航天器薄壁零件现有成形技术存在的缺陷,将数控渐进成形技术引入到航天制造领域,分析了数控渐进成形技术在航天领域的应用前景。     

选择性激光熔化316L不锈钢粉成形优化工艺

针对选择性激光熔化技术加工零件存在的致密度低、成形精度差和表面光洁度低的问题,利用正交实验的方法优化316L不锈钢粉末成形零件的工艺,研究激光功率、扫描速度、扫描间距对零件成形致密度的影响,分析了试样的表面形貌。实验结果表明:采用选择性激光熔化工艺的316L不锈钢粉末试样有较高致密度,其试样的致密度达80.1%。工艺优化后的参数为激光功率300 W、扫描速度800 mm/s、扫描间距0.08 mm,并在该组优化参数条件下成功制造零件。     

激光快速成型致密金属零件的研究

采用激光快速成型技术制备出316L不锈钢薄壁矩形管和663锡青铜扭曲薄壁方管.所成型金属零件的组织均匀、致密,没有缺陷.沿金属薄壁零件高度方向的化学成分分析表明,零件中的化学成分分布均匀,且与金属粉末的化学成分相同,未发生成分偏析.同时,激光快速成型的金属薄壁零件的力学性能与常规加工方法制造出的零件相当.使用表明激光快速成型的金属零件可以满足直接使用要求.     

基于管材缩径工艺的薄壁件成形起皱失稳共性规律研究

空心薄壁件是高新技术工程领域越来越青睐的轻体结构件之一。而起皱失稳问题是薄壁件成形所面临的主要质量问题。因此,关于空心薄壁件成形过程中的塑性失稳起皱预测研究就显得尤为重要。本文基于薄壁件成形失稳起皱试验和理论研究现状,提出基于管材缩径成形研究薄壁件起皱失稳的共性规律。通过建立管材缩径起皱失稳时刻对应形貌的平衡微分方程,求解了缩径管材的临界失稳外压解析表达式。结合塑性成形理论分析了临界失稳主应变的分布特征,探讨了成形几何条件、材料参数等成形因素对零件成形抗皱性能的影响。结合工艺试验,证实了各参数的影响权重。通过本文的理论和试验分析最终确定:综合了材料强化系数和硬化指数影响的塑性切线模量对材料抗皱性的影响比重大于屈服应力对材料抗皱性的影响比重,对材料最终的起皱程度起主导作用。     

带凸缘深锥形薄壁回转件旋压成形工艺分析

带凸缘深锥形薄壁回转件作为航空发动机钣金机匣类零件的一种,通常由锥形件和凸缘环2部分焊接组成,具有材料难成形、易破裂等特点。针对焊接易导致零件产生变形降低加工精度的难题,提出了多工步整体热旋成形零件方法。基于Simufact.forming软件,对高温合金GH3030进行4道次的热旋成形仿真,分析了应力应变场变化,发现零件锥形部分应力应变分布均匀,而凸缘环与锥形件过渡部分应力应变较大;芯模分段不同转速保持恒定线速度的成形方法可确保深锥形件的壁厚均匀性。分析结果表明,该多工步整体热旋成形工艺可行,为带凸缘深锥形薄壁回转件的旋压成形提供了理论基础。     

基于FEA的拼焊板轿车中立柱拉延成形

运用DYNAFORM软件,对轿车侧围激光拼焊板中立柱进行冲压成形有限元数值模拟研究。通过观察成形极限图和厚度分布图对零件进行成形缺陷分析。针对成形结果中出现的拉裂、起皱和减薄等缺陷问题,采用调整成形工艺参数以及设置等效拉深筋的方法改善使成形结果,并根据仿真分析的结果,提出改进及优化工艺的方案。利用数值模拟过程中优化的工艺参数,进行实际零件的拉延成形实验,得到了质量较好的成形零件。研究结果表明:拼焊板焊缝模型的选取、板坯及工具网格的划分直接影响数值模拟的精度;冲压速度、压边力和拉深筋等工艺参数的选取直接影响零件的拉延成形,尤其是通过对拉深筋阻力的调节,平衡了材料的流动,解决了用调节压边力的方法无法解决的拼焊板零件成形问题。     

选区激光熔化铜合金纳米力学性能实验研究

针对选区激光熔化铜合金成形微观力学性能,采用正交实验设计方法,研究了不同工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距)对成形样件纳米压痕硬度的影响.通过方差分析,得出了不同工艺参数对其纳米硬度影响程度,从而为选区激光熔化成形工艺提高零件表面微观力学性能提供理论指导.     

Fe-Ni-C合金粉末选择性激光熔化成形

针对金属零件在选择性激光熔化成形过程中容易产生翘曲变形、裂纹与球化现象等问题,在理论分析与试验的基础上,探讨了其工艺参数与扫描路径对金属粉末在熔化成形中翘曲变形、裂纹与球化的影响,以及化学成分、熔池冷却速度与制件金相组织、显微硬度的关系,为选择性激光熔化技术的发展提供理论指导与实验依据.实验表明:通过合适的工艺参数与扫描路径,能够得到高致密度金属零件,金相组织均匀细小,没有出现明显翘曲变形、裂纹与球化现象.     

铝合金薄壁矩形管绕弯成形起皱极限的预测

失稳起皱是铝合金薄壁矩形波导管绕弯成形过程中的主要缺陷之一,严重制约着薄壁矩形管绕弯成形极限的提高。笔者采用有限元数值模拟结合正交回归分析的方法,建立了薄壁矩形管绕弯成形起皱波纹度回归预测模型,并通过实验验证了该模型的可靠性;在此基础上推导出了基于失稳起皱成形极限的解析模型。研究获得了芯头个数、防皱块与管坯间隙及芯模与管坯间隙对起皱极限的影响规律,并获得了铝合金薄壁矩形管绕弯成形起皱极限图。该研究为提高实际生产中薄壁矩形管绕弯成形质量提供了依据和指导。     

激光直接快速成形金属零件球化效应的实验研究

本文在实验的基础上,从金属粉末烧结机制即液相烧结方面分析了激光直接快速成形金属零件过程中球化效应产生的机理,阐述了激光功率,扫描速度,送粉量这三个工艺参数对激光烧结成形过程中出现的球化效应现象的影响规律,并据此提出了减小或抑制的一些措施.     

沉积路径对激光增材制造结构件残余应力的影响

以H13工具钢粉末为原材料,使用激光金属沉积技术快速成形薄壁结构件.采用Fluent开发气体/金属粉末流计算流体动力学(CFD)模型,分析强制对流热损失参数.建立沉积过程热流本构方程,采用生死单元技术模拟金属沉积,基于APDL语言进行编译加载,实现激光金属沉积3D热-力顺序耦合有限元模拟.分析沉积路径对薄壁结构热分布和残余应力场分布不同模式的影响.结果表明:直壁结构拐角局部存在超过工件拉伸强度的残余拉应力,从而导致裂纹生成;与单向沉积路径不同,之字形沉积路径在沉积层中诱导不同符号的残余切应力;单向沉积壁温度梯度相对较低,其残余应力略低于之字形沉积壁,但成形结构件的整体质量较低;残余应力计算结果与实验测量值相吻合,可为特定零件几何形状沉积提供参考.     

航空钣金薄壁结构件液压成型工艺研究

航空钣金件因其质轻、低成本等特点广泛应用于航空制造领域,其成型工艺主要包括橡皮囊成形、液压胀形、冲压成形等,钣金成形工艺一直是航空制造领域研究的热点。根据零件结构特征选择不同的钣金成形工艺。该文以液压成型的标准原理和技术特点为基础,根据复杂薄壁件结构特征,对复杂薄壁航空钣金件成形过程进行分析,得出可能出现褶皱及问题的地方,提供分析方法供读者借鉴。     

环形激光熔覆工艺参数对显微组织的影响

目前激光熔覆快速成形技术普遍采用圆形、矩形或者线形光斑对熔覆粉末熔化并快速凝固,光斑和粉斑的耦合稳定性比较差。分析环形激光熔覆新工艺中工艺参数对成形零件显微组织的影响,不同工艺参数与熔覆层质量的关系,合理选择实验所得的工艺参数。     

激光直接快速成形金属零件的机理及特征探讨

分析了双组元金属粉末的激光直接快速成形金属零件的机理，阐述了烧结成形过程中的一些基本特征，主要包括翘曲变形、球化效应和裂纹，从理论上探讨了激光参数、工艺参数、材料特性、烧结气氛等对成形件质量的影响．