發(fā)布時(shí)間：2020-10-13 04:43

　　 工程中變寬結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)方法成形工序多,工藝復(fù)雜,而激光熔覆成形在厚壁處如采用多道搭接的工藝,其成形效率和精度都較低。本研究采用“光內(nèi)送粉”技術(shù)與噴頭,可在掃描過程中通過離焦來連續(xù)改變工作光斑尺寸,從而一次掃描成形出不同寬度的熔道。此技術(shù)用于變壁厚結(jié)構(gòu)的激光熔覆成形,可避免多熔道搭接,減少熔層的反復(fù)加熱,提高成形效率和精度。本文構(gòu)建了以IPG光纖激光器、KUKA機(jī)械手、GTV送粉器、中空光內(nèi)送粉噴頭及層高控制系統(tǒng)為核心的激光熔覆成形系統(tǒng),研究了中空環(huán)形光斑的能量分布與光粉耦合特性。通過單因素直墻堆積實(shí)驗(yàn),研究離焦量、激光功率、掃描速度及送粉速率等工藝參數(shù)對(duì)熔道形貌的影響。結(jié)果表明:送粉速率易受外界干擾,成形過程中一般不作為變量;熔道寬度主要受離焦量的影響;掃描速度主要影響熔道高度。本文研究變壁厚結(jié)構(gòu)件的成形,其中選用離焦量控制熔道寬度,掃描速度控制熔道高度。針對(duì)變壁厚結(jié)構(gòu)無法通過單因素變量直接成形的問題,本文提出了分段拼接技術(shù)。即將變壁厚結(jié)構(gòu)分成若干段,假設(shè)每段壁厚相等,再根據(jù)各段壁厚為其匹配對(duì)應(yīng)工藝參數(shù),逐漸逼近擬合成形變壁厚結(jié)構(gòu)。由于激光熔覆成形過程中存在自愈合效應(yīng),成形變壁厚結(jié)構(gòu)均選取自愈合區(qū)間內(nèi)的離焦量。使用基于機(jī)器視覺原理的層高控制軟件獲得熔道實(shí)際高度,由于在變壁厚結(jié)構(gòu)成形過程中涉及離焦量的變化,建立了各段熔覆層實(shí)際高度的計(jì)算模型。層高控制系統(tǒng)為激光熔覆成形系統(tǒng)提供了高度反饋,建立基于熔覆層實(shí)際高度的速度PI控制器模型,合理選擇比例系數(shù)與積分系數(shù),設(shè)定每個(gè)熔覆層的期望高度,將實(shí)際高度與期望高度對(duì)比,調(diào)整校正各段掃描速度。設(shè)計(jì)直墻實(shí)驗(yàn)檢測(cè)速度PI控制器模型的穩(wěn)定性,結(jié)果表明加入閉環(huán)控制的成形系統(tǒng)穩(wěn)定性較高。在段與段間設(shè)定小段過渡段,并設(shè)計(jì)過渡段速度控制模型能有效解決過渡點(diǎn)凸起的問題。本文設(shè)計(jì)了變壁厚直墻、變壁厚偏心圓環(huán)、變壁厚葉片及變壁厚扭曲葉片四種結(jié)構(gòu)模型,結(jié)合分段拼接技術(shù)分別規(guī)劃四種變壁厚結(jié)構(gòu)的成形路徑,根據(jù)壁厚要求,為每段選取合適的初始參數(shù),使用速度控制模型成功成形了這四種結(jié)構(gòu)。比例系數(shù)為-0.003(1/s)和積分系數(shù)為-0.00035(1/s)時(shí),成形的變壁厚直墻和變壁厚偏心圓環(huán)每段高度控制曲線都能在期望高度值附近小幅度波動(dòng),均達(dá)到穩(wěn)定和收斂狀態(tài)。成形變壁厚葉片,根據(jù)其高度控制曲線,校正變壁厚扭曲葉片實(shí)驗(yàn)參數(shù),最終獲得精度較高的變壁厚扭曲葉片,且速度控制器具有較好的控制效果與控制精度。分析變壁厚偏心圓環(huán)組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能,研究發(fā)現(xiàn)不同壁厚處晶粒組織均勻致密,晶粒尺寸接近,均在細(xì)晶范圍,其硬度值在550HV~700HV范圍內(nèi),具備較好的力學(xué)性能。
【學(xué)位單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4
【部分圖文】：

1 傳統(tǒng)方法加工變壁厚結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀傳統(tǒng)變壁厚結(jié)構(gòu)的成形通常是由數(shù)控銑削、鑄造、擠壓等。(1)數(shù)控銑削數(shù)控銑削是一種減材制造方式。瑞士斯達(dá)拉格加工中心擁有高精度、高效率工機(jī)床，結(jié)合德國 Haimer 的熱縮刀柄和熱縮機(jī)制造的渦輪葉片、整體葉盤雜零件長(zhǎng)期為航空航天和能源領(lǐng)域提供服務(wù)，數(shù)控銑削葉片過程如圖 1.1[10]工件加工動(dòng)力與阻尼的影響，英國諾丁漢大學(xué)研究了工件與刀具間的動(dòng)態(tài)響大學(xué)劉日良、朱海光等人研究了使用三軸機(jī)床基于旋風(fēng)銑削工藝加工葉片的片制造提供高效、低成本的新途徑[12]。銑削加工葉片過程中常存在刀具變形振等問題，南京航空航天大學(xué)李亮、吳清雨等人深入研究了高溫合金薄壁葉形，結(jié)合試驗(yàn)與仿真提出了葉片變形的控制策略[13]。葉片對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工率要求較高，一般滿足要求的均為價(jià)格昂貴的多軸數(shù)控機(jī)床。

圖 1.3 單晶葉片(a) 燃?xì)廨啓C(jī)單晶葉片；(b)航空用高溫合金單晶葉片(3)擠壓擠壓是一種等材制造方式。中北大學(xué)崔亞等人研究了鎂合金變壁厚異型板擠壓成形工藝[20]，通過擠壓實(shí)現(xiàn)塑性變形，厚壁處坯料多，薄壁坯料少，擠葉片如圖 1.4(c)所示。(a)(b)(c)

電解
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陸斌;朱剛賢;吳繼琸;石世宏;傅戈雁;;基于光內(nèi)送粉激光變斑直接成形薄壁葉片的工藝研究[J];中國激光;2015年12期

2 孟偉棟;石世宏;傅戈雁;王濤;楊軾;史建軍;;光內(nèi)同軸送粉立面堆積成形實(shí)驗(yàn)研究[J];激光技術(shù);2015年05期

3 林鑫;黃衛(wèi)東;;高性能金屬構(gòu)件的激光增材制造[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2015年09期

4 姜付兵;石世宏;石拓;傅戈雁;朱剛賢;;基于光內(nèi)送粉技術(shù)的激光加工機(jī)器人曲面熔覆試驗(yàn)研究[J];中國激光;2015年08期

5 楊軾;石世宏;傅戈雁;史建軍;孟偉棟;王濤;;中空環(huán)形激光離焦量對(duì)熔道凹凸缺陷自愈合效應(yīng)的影響[J];中國激光;2015年05期

6 朱剛賢;石世宏;傅戈雁;林浩;范紅梅;;激光變斑熔覆不等寬熔道的工藝實(shí)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)研究[J];應(yīng)用激光;2015年01期

7 孫世杰;;增材制造方法生產(chǎn)的TiAl合金零件將被應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片[J];粉末冶金工業(yè);2015年01期

8 盧秉恒;李滌塵;;增材制造(3D打印)技術(shù)發(fā)展[J];機(jī)械制造與自動(dòng)化;2013年04期

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10 柏林;趙志國;龔海波;李黎;李懷學(xué);;航空用鈦合金結(jié)構(gòu)件激光成形技術(shù)研究進(jìn)展[J];航空制造技術(shù);2013年11期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 崔亞;稀土鎂合金變壁厚異型板類構(gòu)件控形控性研究[D];中北大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 石龍飛;激光近凈成形金屬三元葉輪葉片實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2016年

2 朱順康;航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片脈沖振動(dòng)電解加工技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

3 吳清雨;高溫合金薄壁葉片銑削加工變形基礎(chǔ)研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

4 朱海光;葉片類自由曲面的旋風(fēng)包絡(luò)銑削技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2015年

5 佟明;激光快速成形粉料輸送系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2011年

6 何芝強(qiáng);PID控制器參數(shù)整定方法及其應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2005年

7 曹剛;PID控制器參數(shù)整定方法及其應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2838745