本文關(guān)鍵詞：基于靜軸肩攪拌摩擦焊的增材制造技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 靜軸肩攪拌摩擦焊 增材制造 鋁合金 近凈成形 增材成形

【摘要】：增材制造技術(shù)是一種快速發(fā)展的新興技術(shù),因其在復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造和小批量生產(chǎn)方面具有低成本、高效率等優(yōu)點(diǎn),受到廣泛關(guān)注。常用的金屬增材制造方法有激光、電子束和電弧增材制造,3種方法各具的優(yōu)勢(shì)和適用范圍,在輕合金的增材技術(shù)上存在較多的問(wèn)題。攪拌摩擦增材制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,在輕合金增材方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì),但仍存在材料利用率低、加工余量大等問(wèn)題,因此,開(kāi)發(fā)一種小余量甚至無(wú)余量的固態(tài)增材制造方法十分必要。本文基于靜軸肩攪拌摩擦焊原理,提出采用綠色、環(huán)保的靜軸肩攪拌摩擦焊方法對(duì)鋁合金進(jìn)行增材制造。本文設(shè)計(jì)的靜軸肩攪拌摩擦增材制造系統(tǒng)由靜止軸肩系統(tǒng)、增材成形工具和專用夾具組成;采用自主設(shè)計(jì)的增材系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了2024-T4鋁合金的無(wú)余量增材制造,成形良好,證明了靜軸肩攪拌摩擦增材制造的可行性;隨著增材層數(shù)的增加,有效增材寬度和增材率減小,材料有效利用率逐漸增加,總增材高度呈非線性增長(zhǎng)。本文對(duì)靜軸肩攪拌摩擦增材成形因素進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明,錐形攪拌針成形工具配合滾輪碾壓式軸肩有利于增材成形。單層增材區(qū)寬度及界面遷移高度隨著行走速度的增加而減小,隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加;界面遷移深度隨著行走速度的增加而逐漸增加,隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而減小。旋轉(zhuǎn)速度為600rpm,行進(jìn)速度為30mm/min時(shí),增材區(qū)成形較好,無(wú)缺陷,界面遷移量較小,增材寬度較大。增材厚度較大時(shí),增材區(qū)容易產(chǎn)生缺陷;攪拌針長(zhǎng)度4mm、增材厚度3mm時(shí),增材區(qū)成形良好,表面無(wú)缺陷;多層同向增材與逆向增材對(duì)增材區(qū)成形影響不大。約束狀態(tài)對(duì)靜軸肩攪拌摩擦增材成形有重要影響,寬板約束不利于增材成形,增材區(qū)變形大,易產(chǎn)生缺陷;窄板約束增材時(shí),增材區(qū)不易變形,增材過(guò)程較穩(wěn)定,有利于控制與預(yù)測(cè)增材區(qū)形狀,為了實(shí)現(xiàn)無(wú)余量增材制造,應(yīng)盡量減小基材寬度。同時(shí),對(duì)鋁合金靜軸肩攪拌摩擦增材塊體材料的成形、組織及性能進(jìn)行了研究。硬度試驗(yàn)表明,增材前進(jìn)邊硬度略高于返回邊,頂層硬度高于底層,同一水平位置顯微硬度分布相對(duì)均勻,垂直方向上顯微硬度存在梯度。拉伸試驗(yàn)表明,不同厚度位置水平拉伸強(qiáng)度差異較大,頂層強(qiáng)度高于底層,隨著增材層數(shù)的增加,底層強(qiáng)度逐漸降低,最后趨于穩(wěn)定,增材體拉伸性能在厚度方向存在各向異性。
【關(guān)鍵詞】：靜軸肩攪拌摩擦焊 增材制造 鋁合金 近凈成形 增材成形
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題研究的目的及意義9-10
• 1.2 增材制造技術(shù)研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 廣義增材制造10
• 1.2.2 金屬增材制造技術(shù)研究10-13
• 1.3 固態(tài)摩擦增材制造技術(shù)研究13-17
• 1.3.1 攪拌摩擦焊搭接技術(shù)13-14
• 1.3.2 靜軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)14-16
• 1.3.3 固態(tài)摩擦增材制造技術(shù)16-17
• 1.4 課題的研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法18-24
• 2.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備18-19
• 2.1.1 試驗(yàn)材料18
• 2.1.2 試驗(yàn)設(shè)備18-19
• 2.2 試驗(yàn)方法19-24
• 2.2.1 靜軸肩攪拌摩擦單層增材工藝試驗(yàn)19-21
• 2.2.2 靜軸肩攪拌摩擦塊體增材試驗(yàn)21
• 2.2.3 金相試驗(yàn)21-22
• 2.2.4 硬度試驗(yàn)22
• 2.2.5 拉伸試驗(yàn)22-24
• 第3章 靜軸肩攪拌摩擦增材制造系統(tǒng)研制24-36
• 3.1 靜軸肩攪拌摩擦增材制造原理24-25
• 3.2 靜軸肩攪拌摩擦增材制造系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案25-26
• 3.3 靜止軸肩系統(tǒng)的設(shè)計(jì)26-30
• 3.3.1 靜止軸肩的設(shè)計(jì)28-29
• 3.3.2 增材成形工具的設(shè)計(jì)29-30
• 3.4 增材專用夾具的設(shè)計(jì)30-35
• 3.4.1 增材夾具整體設(shè)計(jì)方案30-31
• 3.4.2 夾具整體尺寸確定及移動(dòng)裝置設(shè)計(jì)31-32
• 3.4.3 夾緊機(jī)構(gòu)與定位方式設(shè)計(jì)32-33
• 3.4.4 夾具使用方法33-35
• 3.5 小結(jié)35-36
• 第4章 靜軸肩攪拌摩擦增材成形影響因素研究36-48
• 4.1 材料性能對(duì)增材成形的影響36-37
• 4.2 軸肩形狀對(duì)增材成形的影響37-38
• 4.3 工藝參數(shù)對(duì)增材成形的影響38-43
• 4.3.1 行走速度對(duì)增材成形的影響38-40
• 4.3.2 旋轉(zhuǎn)速度對(duì)增材成形的影響40-43
• 4.4 攪拌針形狀對(duì)增材成形的影響43
• 4.5 增材厚度對(duì)增材成形的影響43-44
• 4.6 增材方向?qū)υ霾某尚蔚挠绊?/span>44-45
• 4.7 約束狀態(tài)對(duì)增材成形的影響45-47
• 4.7.1 基材寬度對(duì)增材成形的影響45-46
• 4.7.2 底部約束對(duì)增材成形的影響46-47
• 4.8 小結(jié)47-48
• 第5章 靜軸肩攪拌摩擦增材塊體組織性能研究及缺陷分析48-66
• 5.1 靜軸肩攪拌摩擦增材塊體成形計(jì)算48-51
• 5.1.1 增材區(qū)特征參量表征48
• 5.1.2 增材塊體評(píng)估指標(biāo)計(jì)算方法48-51
• 5.2 靜軸肩攪拌摩擦增材塊體成形分析51-54
• 5.2.1 靜軸肩攪拌摩擦增材宏觀成形51-52
• 5.2.2 靜軸肩攪拌摩擦增材橫截面形貌52-53
• 5.2.3 靜軸肩攪拌摩擦增材顯微組織53-54
• 5.3 靜軸肩攪拌摩擦塊體增材力學(xué)性能54-61
• 5.3.1 靜軸肩攪拌摩擦增材塊體顯微硬度54-56
• 5.3.2 靜軸肩攪拌摩擦增材拉伸強(qiáng)度56-61
• 5.4 靜軸肩攪拌摩擦增材缺陷分析61-65
• 5.4.1 增材表面成形缺陷61-63
• 5.4.2 增材區(qū)層間結(jié)合缺陷63-65
• 5.5 小結(jié)65-66
• 第6章 結(jié)論及展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 致謝72

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