【摘要】：鈦合金材料由于其具有耐高溫、低密度、比強(qiáng)度高和抗腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、建筑和航空等領(lǐng)域,但由于其擁有比較活潑的化學(xué)性能,極易在高溫狀態(tài)下發(fā)生氧化反應(yīng),在切削加工過程中,容易發(fā)生粘刀現(xiàn)象,嚴(yán)重影響成形精度。此外對于一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)難以進(jìn)一步處理。選擇性激光熔化成形技術(shù)作為一種應(yīng)用較廣泛的增材制造方式,具有可成形任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)、加工工藝簡單和設(shè)計(jì)周期短等獨(dú)特優(yōu)勢。本文從選擇性激光熔化成形理論基礎(chǔ)出發(fā),研究掃描策略對成形精度的影響、工藝參數(shù)對內(nèi)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(shí)現(xiàn)內(nèi)置流道鈦合金成形件SLM成形質(zhì)量評估與工藝優(yōu)化研究,主要研究內(nèi)容如下:1、激光與粉末相互作用機(jī)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(zhuǎn)化以及激光對金屬粉末材料的加熱機(jī)理,基于金屬粉末的熔化與凝固機(jī)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(jī)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(biāo)測量儀結(jié)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(shí)驗(yàn)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(nèi)置流道鈦合金件成形精度的影響研究提供基礎(chǔ)。3、工藝參數(shù)對內(nèi)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(nèi)置流道鈦合金成形件不同尺寸內(nèi)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(shí)驗(yàn)法研究了工藝參數(shù)對內(nèi)置流道鈦合金成形件3mm內(nèi)孔道尺寸精度、平面度和粗糙度的影響,進(jìn)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(chǔ)。4、選擇性激光熔化加工工藝參數(shù)優(yōu)化研究�；诩す夤β省呙杷俣群蛼呙栝g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(yīng)面回歸分析建立的數(shù)學(xué)模型,以gamultiobj函數(shù)為計(jì)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(nèi)孔道的鈦合金樣件加以驗(yàn)證,為內(nèi)置流道鈦合金SLM成形件的實(shí)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(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)輪盤和葉片等飛機(jī)重要構(gòu)件的主要材料，它的成形精度是航天飛機(jī)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(qiáng)度高、密度小、機(jī)械性能好、抗蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、建筑、航空航天和生物工程等領(lǐng)域[1]。目前，歐洲很多國家將鈦合金材料應(yīng)用到航天飛機(jī)以及發(fā)動機(jī)制造中，其中英國、美國等發(fā)達(dá)國家在航空航天領(lǐng)域使用的鈦合金量已經(jīng)達(dá)到鈦產(chǎn)量的 50%，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，鈦合金材料在飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用水平已成為衡量一個國家飛機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一[2]。

kard 博士和德克薩斯大學(xué)的 Joe Beaman 博士共同開發(fā)提出的，同時他 公司，主導(dǎo) SLS 機(jī)器的設(shè)計(jì)與開發(fā)。在 2001 年，該公司被 3D system system 仍是全球領(lǐng)先的研發(fā) SLS 設(shè)備的公司[4]。性激光燒結(jié)技術(shù)使用高功率激光器有選擇性的分層燒結(jié)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(yù)先設(shè)計(jì)好的三維模型軟件將三維模型轉(zhuǎn)化成 N 層二維信息的 STL 文件，SLS 設(shè)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(fù)以上操作，最終形成樣件。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)區(qū)別造技術(shù)主要體現(xiàn)在成形粉末，選擇性激光燒結(jié)的成形材料分為添加粘結(jié)劑，添加粘結(jié)劑的成形材料在成形過程中，溫度達(dá)到粘結(jié)劑的熔點(diǎn)將成形材料粘結(jié)在一起[5]。而不添加粘結(jié)劑的，通常粉末中含有兩種熔點(diǎn)低的材料達(dá)到熔點(diǎn)后熔化，而熔點(diǎn)高的材料保持固體形態(tài)，隨后材料將熔點(diǎn)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(diǎn)是通過粉末熔化粘結(jié)成形，導(dǎo)致成形件有大量的孔隙，致密度很進(jìn)行熱等靜壓處理來提高性能[6]。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(shù)”雙邊研討會在重慶成功舉行[J];塑性工程學(xué)報;2007年06期

3 ;噴涂成形工藝[J];航空制造技術(shù);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(xué)報(自然科學(xué)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(chǎn)業(yè)用紡織品上的應(yīng)用[J];上海紡織科技;1997年04期

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

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

8 關(guān)潤浩;;鐵平板上砂箱組合成形工藝[J];新技術(shù)新工藝;1987年04期

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本文編號：2689855