本文關(guān)鍵詞：薄壁構(gòu)件等離子弧增材制造成形特性及尺寸控制

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【摘要】：等離子弧絲材增材制造以等離子弧為熱源、焊絲為增材材料,快速直接成型致密度高、力學(xué)性能好的金屬材料復(fù)雜幾何構(gòu)件,可極大提高材料的利用率、縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,大幅提高生產(chǎn)效率和制造技術(shù)的核心競爭力。課題基于機(jī)器人等離子弧增材制造工藝技術(shù),以碳鋼薄壁構(gòu)件為研究對(duì)象,對(duì)增材制造工藝的成形特性及關(guān)鍵尺寸的控制開展研究。首先開展了等離子弧單道單層堆覆工藝研究,確定了堆覆基層的成形工藝參數(shù)窗口,并進(jìn)行了工藝參數(shù)與堆覆層宏觀尺寸之間的影響規(guī)律研究。堆覆速度在20～50cm/min范圍內(nèi)變化時(shí),堆覆層寬度隨堆覆速度增大,呈上凸形態(tài)。受水冷噴嘴的機(jī)械壓縮的限制,堆覆層寬度尺寸隨堆覆速度的增加逐漸趨近于噴嘴孔徑3.2mm。恒定填絲速度條件下,堆覆層寬度與堆覆層高度隨堆覆速度的變化表現(xiàn)相反的敏感性。接著進(jìn)行了直壁體增材工藝試驗(yàn),并運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行了關(guān)鍵成形尺寸建模分析。堆覆層高度影響建模分析表明：增大堆覆電流可以減小堆覆層高度,且中大電流(90～100A)堆覆時(shí)的堆覆層高度減小效果比小電流(80～90A)堆覆更明顯。參數(shù)對(duì)堆覆層高度的影響順序如下：堆覆速度堆覆電流層間等待時(shí)間。堆覆層寬度影響建模分析結(jié)果表明；當(dāng)層間等待時(shí)間小于60s時(shí),可不考慮層間等待時(shí)間對(duì)堆覆層寬度影響。參數(shù)交互響應(yīng)曲面分析表明,堆覆速度對(duì)堆覆層寬度的影響隨著電流的增大而逐漸加強(qiáng)。然后對(duì)直壁體的顯微組織及力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。組織主要由四個(gè)典型晶區(qū)組成,分別是基板側(cè)由細(xì)珠光體及鐵素體組成的多次重?zé)釋訋ЫM織區(qū)；中部的細(xì)等軸鐵素體、少量珠光體及碳化物組成的均勻組織區(qū)；頂部結(jié)合區(qū)域重熔多組態(tài)組織區(qū)及頂部過熱區(qū)。不同規(guī)范下試樣的室溫拉伸強(qiáng)度均超過460MPa,屈服強(qiáng)度均高于340MPa,性能與Q345級(jí)別鋼材相當(dāng),斷口形貌分析發(fā)現(xiàn)拉伸斷裂形式均為韌性斷裂,與試樣中存在的硬質(zhì)夾雜有關(guān)。堆覆層數(shù)大于10層,直壁體硬度趨于穩(wěn)定。最后基于雙軸變位機(jī)器人等離子弧自動(dòng)增材制造系統(tǒng),建立了旋轉(zhuǎn)薄殼件三維幾何模型,確定了單矢量+傾斜角度組合成型策略,編制了機(jī)器人薄壁錐形體自動(dòng)增材制造程序,制造了三維旋轉(zhuǎn)薄壁變結(jié)構(gòu)錐形體。測(cè)量結(jié)果表明,薄壁變結(jié)構(gòu)錐形體的平均壁厚為5.175mm。等離子電弧增材制造工藝精度約為0.2mm,材料的利用率可達(dá)96.5%。
【關(guān)鍵詞】：等離子弧 絲材增材制造 尺寸 組織及力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG456.2;TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 課題背景及意義11-12
• 1.2 金屬增材制造技術(shù)研究現(xiàn)狀12-21
• 1.2.1 粉末基金屬增材制造技術(shù)12-15
• 1.2.2 絲材基金屬增材制造技術(shù)15-21
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容21-22
• 2 機(jī)器人等離子弧增材制造系統(tǒng)及設(shè)備22-30
• 2.1 機(jī)器人-變位機(jī)等離子弧增材系統(tǒng)方案22
• 2.2 機(jī)器人-變位機(jī)等離子弧增材系統(tǒng)設(shè)備22-24
• 2.2.1 焊接機(jī)器人本體及控制柜23-24
• 2.2.2 變位機(jī)及其他輔助設(shè)備24
• 2.3 等離子弧金屬增材成型系統(tǒng)設(shè)備24-26
• 2.3.1 焊接電源及ROB5000端子25
• 2.3.2 等離子焊槍及送絲機(jī)25-26
• 2.4 等離子電弧控制柜26-29
• 2.4.1 基于TIG電源的等離子電源改造可行性分析26-27
• 2.4.2 等離子電弧形式及電弧切換原理27-28
• 2.4.3 等離子電弧控制柜的設(shè)計(jì)及制作28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 3 等離子弧單道堆覆成形特性研究30-39
• 3.1 等離子單道堆覆成形工藝參數(shù)窗口的確定30-34
• 3.2 電弧堆覆參數(shù)對(duì)堆覆層尺寸的影響34-37
• 3.2.1 堆覆層的宏觀尺寸34-35
• 3.2.2 堆覆速度對(duì)宏觀尺寸的影響35-36
• 3.2.3 堆覆電流對(duì)宏觀尺寸的影響36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-39
• 4 直壁體堆覆工藝試驗(yàn)及成型尺寸建模39-53
• 4.1 二次回歸方程的基本表述39-41
• 4.1.1 二次回歸方程多項(xiàng)式及擬合系數(shù)計(jì)算39-40
• 4.1.2 擬合方程模型檢驗(yàn)40-41
• 4.2 二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)41-44
• 4.2.1 回歸試驗(yàn)因子水平編碼41-42
• 4.2.2 回歸試驗(yàn)次數(shù)確定42-43
• 4.2.3 試驗(yàn)參數(shù)表及試驗(yàn)結(jié)果43-44
• 4.3 成型尺寸建模44-51
• 4.3.1 堆覆層高度函數(shù)建模45-48
• 4.3.2 堆覆層寬度函數(shù)建模48-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 5 直壁體堆覆件組織及力學(xué)性能分析53-70
• 5.1 直壁體堆覆件顯微組織53-57
• 5.2 直壁體堆覆件晶粒尺寸分析57-59
• 5.2.1 晶粒度測(cè)定方法57-58
• 5.2.2 工藝參數(shù)對(duì)晶粒尺寸的影響58-59
• 5.3 直壁體堆覆件顯微硬度分析59-63
• 5.3.1 顯微硬度測(cè)試位置及設(shè)備59-60
• 5.3.2 顯微硬度試驗(yàn)結(jié)果分析60-63
• 5.4 直壁體堆覆件拉伸性能63-69
• 5.4.1 拉伸取樣63-64
• 5.4.2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果64-65
• 5.4.3 拉伸斷裂機(jī)理分析65-69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 6 旋轉(zhuǎn)薄殼件堆覆70-76
• 6.1 旋轉(zhuǎn)薄殼件三維幾何模型及成型策略70-71
• 6.1.1 旋轉(zhuǎn)薄殼件三維幾何模型70
• 6.1.2 成型策略70-71
• 6.2 旋轉(zhuǎn)薄殼件堆覆機(jī)器人程序?qū)崿F(xiàn)71-73
• 6.2.1 安川機(jī)器人編程語言71-72
• 6.2.2 旋轉(zhuǎn)薄殼件堆覆機(jī)器人程序?qū)崿F(xiàn)72-73
• 6.3 旋轉(zhuǎn)薄殼件堆覆成型件73-74
• 6.4 旋轉(zhuǎn)薄殼體堆覆成型件的尺寸檢測(cè)74-75
• 6.5 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-78
• 致謝78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 附錄83

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1 焦馥杰;崔信昌;張文s，

本文編號(hào)：1044905