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     

熔射形成的陶瓷件制造技术

从等离子熔射快速制造陶瓷件工艺过程入手,研究等离子射流温度场分布、送粉方式、粉末飞行过程中射流与粉末能量和动量传递、粉末的温度特性和速度特性对成形质量的影响;分析沉积过程中所收集粉末的熔融状态、粒子扁平化形态对熔射层微观结构的影响,研究表明,通过优化工艺参数,改善射流温度场分布、粉末飞行特性,可有效地提高成形质量。     

等离子熔射射流中粉末飞行过程的数值模拟

在正六边形7-bit格子Boltzmann(LB)方法等离子射流的温度场和速度场的计算模型基础上,采用单个颗粒加速方程,建立了一个随机算法,实现了对粉末颗粒在射流场中运动过程的模拟;计算结果通过动画演示了,粉末飞行过程,结果表明在射流场一定的情况下,减小送粉口径或增加粉末颗粒直径可以提高粉末利用率。但后者会降低粉末飞行速度;选择合适的喷涂距离可以获得更高的粉末飞行速度．     

等离子喷涂熔滴沉积凝固后的残余应力分析

应用ANSYS软件中的热分析功能,对热喷涂过程中熔滴在基体表面沉积凝固后的残余应力进行有限元分析,此结果为等离子熔积成形技术的应用提供了理论支持,也为热障涂层界面的优化提供了指导依据。     

喷射沉积板材成形与热应力研究

研究了板材的多层喷射沉积制备工艺过程中出现的热应力及其对材料成形的影响规律．提出界面热应力、层间热应力和不均匀沉积热应力均为主要的热应力，进而对相关的板材成形实验现象作出了合理的解释．在综合考虑工艺参数、热应力和板材成形三者关系的基础上，优化工艺参数，制备出５００ｍｍ３００ｍｍ２０ｍｍ的耐热铝合金ＦＶＳ０８１２板材     

等离子熔射过程中热传递特性研究

采用红外测温仪检测单位时间内基体温度变化来衡量射流与粒子流(含粉末粒子的射流)的加热效应,实验研究了等离子弧电流、电压、熔射距离以及送粉速率变化对加热效应的影响规律,进而对比分析射流和粒子流与基体/已熔射涂层之间的热传递特性.实验结果表明:等离子熔射过程中的加热效应主要取决于射流引起的对流传热;粒子流的加热效应特点与射流不同,而粉末粒子仅对其沉积区域的温升有贡献;随着熔射距离的增加,射流的加热效应急速下降;等离子弧电流和电压的增大相应地提升了喷枪功率,加大了射流与基体间的对流传热.     

熔射沉积金属与金刚石结合界面的实验

通过实验研究,提出空气状态下采用等离子熔射金属焊接金刚石的新方法.将等离子体熔化的钛金属熔滴,喷射至经王水浸蚀的,采用热压烧结方法制备的金刚石节块表面,然后制备自然断口以观其微观状态.通过SEM照片,研究断口中金刚石经过热压烧结与熔射沉积后的金属与金刚石界面微观状态;分析比较被熔射金属包镶的金刚石与被热压烧结的金属粉末包镶的金刚石,以及与其包镶体之间的结合强度的差异.最后,对金属与金刚石之间的界面形成机制进行初步的探讨.     

等离子熔射直接制造可视化仿真软件的开发

根据Lattice Boltzmann方法计算原理,设计粉末运动随机算法,首次建立了等离子熔射直接制造技术LBM和随机算法计算模型,采用面向对象系统设计方法,自行开发了可视化动态仿真软件,分析了软件的结构、功能和实现。     

催化剂波纹载体薄片的多齿滚压成形

为实现传统催化剂填涂方法在微反应器中的应用,提出一种波纹状的催化剂金属载体结构,并利用多齿滚压成形工艺来实现该载体薄片的快速加工,研究了滚齿和压紧力大小对薄片成形的影响.结果表明:压紧力与滚轮齿距有关,齿距越大,压紧力越小;使用齿距相同的滚轮组进行加工时,不锈钢薄片形成规则的波纹形状,且滚压层表面形成茸状粗糙的结构特征,便于催化剂的附着;利用溶胶涂镀方法可将催化剂紧密地负载在波纹薄片的表面.     

等离子熔积直接成形高温合金件组织结构研究

采用多种分析工具对等离子熔积直接成形高温合金件的微观组织和相组成进行了深入研究.光学显微镜和扫描电镜结果显示等离子熔积直接成形高温合金工艺具有快速凝固特性,其微观组织比真空铸造件细小且致密,熔积层无分层、气孔、夹杂等缺陷;电子探针测试表明熔积层成分比真空铸造件明显均匀、偏析小;利用X射线衍射分析了高温合金件在真空铸造和熔积前后的物相,结果表明,合金的主要强化相均为γ/γ＇,熔积层残余应力较真空铸造件大.等离子熔积直接成形组织结构能够满足高温合金零件的要求,优于现有的真空铸造工艺,具有良好的实用价值.     

金属薄板等离子电弧加热弯曲成形实验

为了研究金属薄板等离子电弧加热弯曲成形的规律及机理,采用等离子电孤沿直线来回对1Cr18Ni9Ti和Q235薄板进行加热弯曲成形实验.结果表明,随着等离子电弧在薄板上扫描次数的增加,其弯曲角度近似呈线性增大;在一定范围内热输入越大(如减小扫描速度、减小电弧长度、增加电弧电流等),板材厚度越小,薄板的弯曲角度越大;在较低的热输入下等离子电弧加热弯曲成形使晶粒细化,有利于改善薄板受热区域显微组织的机械性能;成形过程中存在残余应变强化,受热区域硬度提高;等离子电弧加热弯曲成形还可以降低机械加工引起的残余应力,有效减少回弹.