發(fā)布時間：2021-06-19 15:08

　　懸垂閉合結(jié)構(gòu)作為工程中一種多見的結(jié)構(gòu),在航空航天、船舶、核電、礦山、冶金、模具、發(fā)動機等領(lǐng)域都有廣泛的運用,采用3D打印技術(shù)無模直接成形懸垂閉合結(jié)構(gòu)具有獨特優(yōu)點與重要意義�，F(xiàn)有報道采用金屬3D打印的方法直接成形大傾角懸垂結(jié)構(gòu)通常會產(chǎn)生熔池塌陷、表面臺階等缺陷,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題,但還是存在易發(fā)生熔覆層變薄、翹曲、脫離預定軌跡的情況。本課題基于光內(nèi)送粉激光熔覆技術(shù),對具有大傾角懸垂閉合結(jié)構(gòu)件的成形工藝進行深入的研究。針對大傾角加工時出現(xiàn)的熔覆層變薄、翹曲、脫離預定軌跡問題,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,采用不同的噴頭偏轉(zhuǎn)角度進行熔覆堆積。通過對加工工藝參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化,使熔覆層按照結(jié)構(gòu)件母線位置順利生長,實現(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象,建立了其受激光輻射熔化到... 

【文章來源】：蘇州大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：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??過對局部參數(shù)的實時調(diào)控，成功成形出懸垂結(jié)構(gòu)。成形過程中，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)，對圓孔試樣進行分區(qū)分析，研宄了激光功??率、掃描線角度以及輪廓掃描次數(shù)對懸垂圓孔結(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，同時懸垂面出現(xiàn)細而長的熔池，部分熔池斷裂球化成球狀熔滴；當掃描線方向平行??于懸垂面邊緣線時，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ＳＬＭ的方法成形懸垂結(jié)構(gòu)，成形周期較長、頂端形貌控制困難，無法成形??具有厚度要求的懸垂結(jié)構(gòu)，且成形件的致密程度無法達到較高的標準。??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％】等通過對熔池的溫度、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、層間錯位方法，由于層間錯??位太大容易造成滴落，故只能采用層間小錯位，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到封閉區(qū)位的合龍標準。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。本研究所團隊??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，本文采用自主知??識產(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??題。??１．３本文研究內(nèi)容??本文基于光內(nèi)送粉技術(shù)對懸垂閉合結(jié)構(gòu)件成形展開研宄，針對封閉過程中存在的??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)凹等問題展開研宄分析，尋找合??理的成形方式成形出懸垂封閉結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)成形件頂端無缺陷閉合，保證成形件達到尺??寸精度、力學性能等指標。本文選取典型的拱形封閉結(jié)構(gòu)進行試驗，具體將從以下幾??方面展開研宄：??（１）根據(jù)試驗過程中結(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)象與機理。主要針對大傾角斜向熔覆成??形熔池流淌沉積現(xiàn)象開展研宄，建立熔池受力力學模型并進行模擬分析，采用ＦＬＵＥＮＴ??數(shù)值模擬熔池流淌過程中的溶質(zhì)分布，利用控制變量法進行噴頭大偏轉(zhuǎn)角度下的熔池??位移實驗，分析單因子工藝參數(shù)對熔池流淌的影響規(guī)律，獲取優(yōu)化的工藝數(shù)據(jù)。??４??

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3238043