發(fā)布時間：2020-05-31 12:23

【摘要】：鈦合金材料由于其具有耐高溫、低密度、比強度高和抗腐蝕性能好等優(yōu)點,被廣泛應用于醫(yī)療、建筑和航空等領域,但由于其擁有比較活潑的化學性能,極易在高溫狀態(tài)下發(fā)生氧化反應,在切削加工過程中,容易發(fā)生粘刀現(xiàn)象,嚴重影響成形精度。此外對于一些內部結構復雜的成形件,傳統(tǒng)加工方式成形困難,尤其是加工完成后內部結構難以進一步處理。選擇性激光熔化成形技術作為一種應用較廣泛的增材制造方式,具有可成形任意復雜結構、加工工藝簡單和設計周期短等獨特優(yōu)勢。本文從選擇性激光熔化成形理論基礎出發(fā),研究掃描策略對成形精度的影響、工藝參數(shù)對內置流道鈦合金件成形精度的影響以及選擇性激光熔化加工工藝參數(shù)優(yōu)化等,最終實現(xiàn)內置流道鈦合金成形件SLM成形質量評估與工藝優(yōu)化研究,主要研究內容如下:1、激光與粉末相互作用機理以及熔池理論研究。介紹了激光在粉末間的能量傳遞形式、金屬材料對激光能量的吸收轉化以及激光對金屬粉末材料的加熱機理,基于金屬粉末的熔化與凝固機理分析熔池對流對成形形貌的影響,通過ANSYS模擬仿真分析了激光功率、掃描速度、掃描間距和掃描策略對SLM成形溫度場的影響,闡述了選擇性激光熔化成形工藝的外延凝固機理。2、掃描策略對成形精度的影響研究。以Ti-6Al-4V鈦合金為原材料粉末,分別通過600目篩子篩選和精密烘箱加熱得到具有不同流動性的TC4粉末,使用三坐標測量儀結合PolyWorks軟件綜合評價粉末流動性對樣件成形精度的影響,通過成形實驗對比分析了常用的三種掃描策略對成形件表面粗糙度、尺寸精度和形位誤差的影響,確定了最優(yōu)掃描策略,為后續(xù)工藝參數(shù)對內置流道鈦合金件成形精度的影響研究提供基礎。3、工藝參數(shù)對內置流道鈦合金件成形精度的影響研究。研究了激光功率、掃描速度和掃描間距對內置流道鈦合金成形件不同尺寸內孔成形精度影響,得到尺寸誤差、平面度和粗糙度的變化規(guī)律以及適宜的工藝參數(shù)范圍,基于獲得的工藝參數(shù)范圍采用單因素實驗法研究了工藝參數(shù)對內置流道鈦合金成形件3mm內孔道尺寸精度、平面度和粗糙度的影響,進一步縮小SLM成形工藝參數(shù)范圍,為后續(xù)的工藝參數(shù)優(yōu)化提供基礎。4、選擇性激光熔化加工工藝參數(shù)優(yōu)化研究�；诩す夤β�、掃描速度和掃描間距對成形件尺寸精度、平面度和粗糙度的影響規(guī)律以及響應面回歸分析建立的數(shù)學模型,以gamultiobj函數(shù)為計算工具對優(yōu)化模型求解,獲得選擇性激光熔化成形工藝參數(shù)的Pareto最優(yōu)解集,并通過成形具有不同尺寸內孔道的鈦合金樣件加以驗證,為內置流道鈦合金SLM成形件的實際加工提供了參考依據(jù)。
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論1.1 課題背景鈦合金作為航空發(fā)動機風扇、壓氣機輪盤和葉片等飛機重要構件的主要材料，它的成形精度是航天飛機卓越工作性能以及長服役年限的重要保障。鈦合金與其他金屬材料相比，具有強度高、密度小、機械性能好、抗蝕性能好等優(yōu)點，被廣泛應用于醫(yī)療、建筑、航空航天和生物工程等領域[1]。目前，歐洲很多國家將鈦合金材料應用到航天飛機以及發(fā)動機制造中，其中英國、美國等發(fā)達國家在航空航天領域使用的鈦合金量已經達到鈦產量的 50%，隨著科技的進一步發(fā)展，鈦合金材料在飛機整體結構設計中占比逐步增加。這一現(xiàn)象體現(xiàn)了，，鈦合金材料在航空航天領域內的應用水平已成為衡量一個國家飛機先進性的重要標志之一[2]。

kard 博士和德克薩斯大學的 Joe Beaman 博士共同開發(fā)提出的，同時他 公司，主導 SLS 機器的設計與開發(fā)。在 2001 年，該公司被 3D system system 仍是全球領先的研發(fā) SLS 設備的公司[4]。性激光燒結技術使用高功率激光器有選擇性的分層燒結成形材料粉末造形成最終樣件，原理圖如圖 1-2。通過電腦預先設計好的三維模型軟件將三維模型轉化成 N 層二維信息的 STL 文件，SLS 設備根據(jù)每先鋪好粉末，激光器通過掃描振鏡逐步熔化成形材料，完成一層打印移動一層，重復以上操作，最終形成樣件。選擇性激光燒結技術區(qū)別造技術主要體現(xiàn)在成形粉末，選擇性激光燒結的成形材料分為添加粘結劑，添加粘結劑的成形材料在成形過程中，溫度達到粘結劑的熔點將成形材料粘結在一起[5]。而不添加粘結劑的，通常粉末中含有兩種熔點低的材料達到熔點后熔化，而熔點高的材料保持固體形態(tài)，隨后材料將熔點高的材料粘接在一起最終形成樣件。從以上成形的過程來特點是通過粉末熔化粘結成形，導致成形件有大量的孔隙，致密度很進行熱等靜壓處理來提高性能[6]。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V261;TG146.23;TG665

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2 ;“中德材料成形工藝與技術”雙邊研討會在重慶成功舉行[J];塑性工程學報;2007年06期

3 ;噴涂成形工藝[J];航空制造技術;2001年04期

4 孫廣增,孫科,胡啟磊;線性成形工藝與方案分析[J];山東師大學報(自然科學版);2001年02期

5 徐建平,張晨曙,陳南梁;針織成形工藝及其在產業(yè)用紡織品上的應用[J];上海紡織科技;1997年04期

6 鄭元賢;;空心導流葉片的成形工藝及模具[J];模具技術;1987年05期

7 程彤;;鋁合金標槍桿數(shù)控成形工藝裝置[J];上海金屬;1987年01期

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本文編號：2689855