懸垂閉合結(jié)構(gòu)作為工程中一種多見(jiàn)的結(jié)構(gòu),在航空航天、船舶、核電、礦山、冶金、模具、發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域都有廣泛的運(yùn)用,采用3D打印技術(shù)無(wú)模直接成形懸垂閉合結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)與重要意義。現(xiàn)有報(bào)道采用金屬3D打印的方法直接成形大傾角懸垂結(jié)構(gòu)通常會(huì)產(chǎn)生熔池塌陷、表面臺(tái)階等缺陷,更難以成形出全閉合的結(jié)構(gòu)件。采用光內(nèi)送粉激光熔覆技術(shù)成形具有大傾角特征的結(jié)構(gòu)件,可有效改善熔池塌陷等問(wèn)題,但還是存在易發(fā)生熔覆層變薄、翹曲、脫離預(yù)定軌跡的情況。本課題基于光內(nèi)送粉激光熔覆技術(shù),對(duì)具有大傾角懸垂閉合結(jié)構(gòu)件的成形工藝進(jìn)行深入的研究。針對(duì)大傾角加工時(shí)出現(xiàn)的熔覆層變薄、翹曲、脫離預(yù)定軌跡問(wèn)題,提出一種熔池懸垂沉積的斜向激光內(nèi)送粉熔覆成形方法。在結(jié)構(gòu)件傾角增大至一定角度時(shí),采用不同的噴頭偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行熔覆堆積。通過(guò)對(duì)加工工藝參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化,使熔覆層按照結(jié)構(gòu)件母線(xiàn)位置順利生長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)懸垂結(jié)構(gòu)件的成形。本文首先研究了熔池懸垂沉積的基礎(chǔ)工藝,分析了變角度情況下熔覆光斑變形情況,結(jié)果表明光內(nèi)送粉熔覆頭在25°至90°的范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)熔覆層間的法向堆積,且熔覆層較為平整、不影響后續(xù)加工堆積情況。以斜面熔池為研究對(duì)象,建立了其受激光輻射熔化到... 

【文章來(lái)源】：蘇州大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：69 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１薄壁蝶形封頭?圖１．?２錐形空心結(jié)構(gòu)??２°—２１

懸垂閉合結(jié)構(gòu)激光光內(nèi)送粉成形工藝研究?第一章緒論??過(guò)對(duì)局部參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)控，成功成形出懸垂結(jié)構(gòu)。成形過(guò)程中，隨著成形結(jié)構(gòu)懸垂角??增大，單一熔覆層厚度逐漸減小，單層切片厚度僅有３５ｐｍ，且在接近水平位置處出??現(xiàn)激光穿透粉末的現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)水平位置處的壁厚僅為〇．３５＿，如圖１．３所示。段聲??勤、劉婷婷等人［２３］利用激光選區(qū)熔化技術(shù)，對(duì)圓孔試樣進(jìn)行分區(qū)分析，研宄了激光功??率、掃描線(xiàn)角度以及輪廓掃描次數(shù)對(duì)懸垂圓孔結(jié)構(gòu)成形質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，激光??功率對(duì)圓孔成形質(zhì)量的影響顯著，隨著激光功率的增大，圓孔圓度值增大，尺寸精度降??低，同時(shí)懸垂面出現(xiàn)細(xì)而長(zhǎng)的熔池，部分熔池?cái)嗔亚蚧汕驙钊鄣�；�?dāng)掃描線(xiàn)方向平行??于懸垂面邊緣線(xiàn)時(shí)，懸垂面質(zhì)量較好，但在成形圓孔頂部近水平懸垂面處出現(xiàn)嚴(yán)重塌陷；??在設(shè)置的掃描次數(shù)范圍內(nèi)，增加輪廓掃描次數(shù)可降低懸垂曲面表面粗糙度，優(yōu)化表面質(zhì)??量。通過(guò)ＳＬＭ的方法成形懸垂結(jié)構(gòu)，成形周期較長(zhǎng)、頂端形貌控制困難，無(wú)法成形??具有厚度要求的懸垂結(jié)構(gòu)，且成形件的致密程度無(wú)法達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)。??〇?ｆ?２９１３??圖１．３懸垂結(jié)構(gòu)成形件?圖１．４懸垂圓孔結(jié)構(gòu)??１＾此你止丨等［２４］采用５軸螺旋掃通過(guò)定向沉積描成形了如圖１．５所示的全致密的半??球形樣件。Ｗｕ［２５］等采用３軸聯(lián)動(dòng)的方式及較小的ｚ軸提升量獲得了最大傾角為３０°??的倒圓錐成形件（如圖１．６所示）。Ｇｒｉｆｆｉｈ％】等通過(guò)對(duì)熔池的溫度、尺寸和熱梯度等??參數(shù)閉環(huán)控制制造出具有４０°懸垂角的傾斜圓管，而不采用閉環(huán)功能時(shí)懸垂角僅有??２０°。王續(xù)躍等［２７＿２８】建立了熔覆成形傾斜角度數(shù)學(xué)模型，堆積出最大傾斜角度３９．５°??的傾斜薄壁件。

第一章緒論?懸垂閉合結(jié)構(gòu)激光光內(nèi)送粉成形工藝研究??圖１．５半球形樣件?圖１．６倒圓錐成形件??綜上所述，懸垂封閉結(jié)構(gòu)件的成形是金屬制造領(lǐng)域有待解決的一大難題。傳統(tǒng)??激光增材制造方法中，懸垂結(jié)構(gòu)的成形多采用水平分層、層間錯(cuò)位方法，由于層間錯(cuò)??位太大容易造成滴落，故只能采用層間小錯(cuò)位，此法成形的傾角一般都較小，而且其??厚度隨傾角增大而減小，尺寸誤差大還難以達(dá)到封閉區(qū)位的合龍標(biāo)準(zhǔn)。另外，閉合位??附近己成形結(jié)構(gòu)與成形工具之間的干涉也是難以合龍閉合的主因之一。本研究所團(tuán)隊(duì)??自主研發(fā)的激光光內(nèi)送粉熔覆噴頭在成形懸垂結(jié)構(gòu)上具有一定優(yōu)勢(shì)，本文采用自主知??識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光內(nèi)送粉噴頭，并研發(fā)懸垂閉合結(jié)構(gòu)的特殊成形工藝，以嘗試解決以上問(wèn)??題。??１．３本文研究?jī)?nèi)容??本文基于光內(nèi)送粉技術(shù)對(duì)懸垂閉合結(jié)構(gòu)件成形展開(kāi)研宄，針對(duì)封閉過(guò)程中存在的??法向成形干涉、懸垂結(jié)構(gòu)翹曲、閉合端結(jié)構(gòu)凸起與內(nèi)凹等問(wèn)題展開(kāi)研宄分析，尋找合??理的成形方式成形出懸垂封閉結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)成形件頂端無(wú)缺陷閉合，保證成形件達(dá)到尺??寸精度、力學(xué)性能等指標(biāo)。本文選取典型的拱形封閉結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，具體將從以下幾??方面展開(kāi)研宄：??（１）根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中結(jié)構(gòu)件成形、控制、理化分析的要求，構(gòu)建一套懸垂閉合??結(jié)構(gòu)激光熔覆成形系統(tǒng)。??（２）研宄大傾角傾斜面熔池流淌變形現(xiàn)象與機(jī)理。主要針對(duì)大傾角斜向熔覆成??形熔池流淌沉積現(xiàn)象開(kāi)展研宄，建立熔池受力力學(xué)模型并進(jìn)行模擬分析，采用ＦＬＵＥＮＴ??數(shù)值模擬熔池流淌過(guò)程中的溶質(zhì)分布，利用控制變量法進(jìn)行噴頭大偏轉(zhuǎn)角度下的熔池??位移實(shí)驗(yàn)，分析單因子工藝參數(shù)對(duì)熔池流淌的影響規(guī)律，獲取優(yōu)化的工藝數(shù)據(jù)。??４??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱沖壓成形模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J]. 龐立娟,張雪峰,黃治勇.  粉末冶金工業(yè). 2018(04)
[2]激光熔覆周向傾斜薄壁圓環(huán)成形工藝的研究[J]. 孫佳鈺,于天彪,趙雨,楊林,關(guān)闖.  中國(guó)激光. 2018(08)
[3]封閉空腔回轉(zhuǎn)薄壁件的激光熔覆成形[J]. 王聰,石世宏,方琴琴,石拓,夏志新.  紅外與激光工程. 2018(01)
[4]懸垂圓孔激光選區(qū)熔化成形質(zhì)量研究[J]. 段聲勤,劉婷婷,廖文和,張長(zhǎng)東,楊濤.  中國(guó)激光. 2018(04)
[5]金屬微噴熔滴沉積成形工藝數(shù)值模擬與驗(yàn)證[J]. 陳禎,杜軍,魏正英,方學(xué)偉,李俊峰.  稀有金屬材料與工程. 2017(05)
[6]一種大型薄壁碟形封頭成形工藝優(yōu)化[J]. 丁志楊,陳梁玉,趙坤民.  鍛壓裝備與制造技術(shù). 2017(02)
[7]鈦合金空心結(jié)構(gòu)的熱等靜壓成形方法與力學(xué)性能研究[J]. 趙冰,廖金華,韓秀全,侯紅亮,李志強(qiáng).  航空制造技術(shù). 2018(18)
[8]火箭模型頭部薄壁橢圓件的加工[J]. 金亞云,康徐紅,程洋,顧燕,趙玉鳳.  科技視界. 2016(18)
[9]淺述增材制造技術(shù)顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)的幾大方式[J]. 王娟.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2016(04)
[10]精密電解加工在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)件制造中的應(yīng)用[J]. 程小元,黃明濤,張明岐,傅軍英,張志金.  航空制造技術(shù). 2015(Z2)

碩士論文
[1]基于光內(nèi)同軸送粉激光熔覆變截面異形薄壁件堆積成形研究[D]. 曹非.蘇州大學(xué) 2013
[2]傾斜薄壁結(jié)構(gòu)件激光熔覆成形基礎(chǔ)研究[D]. 江豪.大連理工大學(xué) 2012
[3]激光熔覆及快速成形專(zhuān)用鐵基粉末的研制[D]. 付春霞.山東大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3238043