高性能激光选区熔化增材制造设备的控制系统设计

采用倍福高性能、全软件式架构的工业PC,设计了一种高性能激光选区熔化设备的控制系统。该控制系统主要包括人机界面模块、工业PC模块、运动逻辑控制模块、激光振镜扫描模块和气氛控制模块,以倍福PLC为控制核心,基于倍福的EtherCAT新型分布时钟同步技术,保证设备的高效和高精度控制。并通过QT软件平台,开发实用、多功能集成的人机交互界面,实现高性能激光选区熔化设备的全自动稳定控制。通过系统调试和使用验证:设备可连续无故障工作500h以上,定位精度±0.01mm以内,工作腔体内氧含量可稳定控制在200ppm以内。     

铝镁合金填充式搅拌摩擦点焊接头的显微组织及力学性能

对2.0mm厚的5A06铝合金板进行不同工艺参数的填充式搅拌摩擦点焊,并对点焊接头进行了显微组织观察及剪切拉伸、十字拉伸试验。结果表明:接头可以分为焊核区、热机影响区、热影响区、压力影响区和母材区等部分,其显微组织主要为α-Al固溶体,并有金属间化合物β-Mg2Al3相等在基体上分布;随着焊接时间延长和焊接旋转速度的增大,点焊接头的剪切拉伸性能和十字拉伸性能呈现先快速增加后缓慢下降的趋势;当焊接旋转速度为2 000r·min-1,焊接时间为3.5s时,点焊接头最大剪切拉伸载荷可达8 194N,最大十字拉伸载荷可达3 565N。     

异种材料填充式搅拌摩擦点焊研究

介绍了填充式搅拌摩擦点焊技术发展现状及国内外工程化应用现状,对异种材料铝和钢的填充式搅拌摩擦点焊性能进行探索研究,对高强点焊搅拌工具进行了研究。以铝合金中6061-T6和不锈钢中0Cr18Ni9Ti为研究对象,对2 mm试件进行填充式搅拌摩擦点焊连接,对点焊接头进行了显微组织、抗剪切性能等测试。试验结果表明,点焊接头性能较好,为后续工程化应用奠定了基础。     

并联贮箱不平衡输送试验系统的设计

根据伯努利方程建立并联贮箱推进剂输送的数学模型,分析了并联贮箱不平衡输出的主要影响因素在于两路减压阀出口压力偏差和金属膜片贮箱膜片压差散布,提出以水替代有毒推进剂作为试验工质的计算方法。根据理论分析模型设计出并联贮箱不平衡输送试验系统,利用定流量的推进剂输送系统解决金属膜片的翻转压力时刻变化的问题,保证推进剂输送流量的稳定,从而验证了试验系统的可行性,为新一代运载火箭上面级并联贮箱设计提供了试验支撑。     

激光体能量密度对激光选区熔化成形TC4钛合金致密化行为的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备TC4钛合金,研究了激光体能量密度对合金表面质量和致密化行为的影响。结果表明:随着激光体能量密度由33 J·mm-3增加到80 J·mm-3,合金表面粗糙度减小,表面质量提高,表面球化现象明显改善;随着激光体能量密度的增大,合金内部孔洞减少,相对密度由90.5%增大到99.3%,但过高的激光体能量密度下熔体的过度流动影响成形件的尺寸精度及性能;制备该合金的最佳参数为激光体能量密度66 J·mm-3,即激光功率250 W,扫描速度500 mm·s-1,此时合金的表面质量和致密性均较好。     

5A06铝合金非填充式搅拌摩擦点焊显微组织及力学性能分析

对5A06铝合金进行了非填充式搅拌摩擦点焊连接,对接头进行了显微组织、显微硬度、剪切拉伸和十字拉伸测试。研究结果表明,接头显微组织可分为搅拌区、热机影响区、热影响区及母材,在搅拌区内形成了极为细小的等轴晶;上下板的硬度变化趋势基本一致,搅拌区的硬度高于其它三个区;焊点的抗剪性能和正拉性能随搅拌工具的转速呈增大的趋势,当搅拌工具转速为2 000 r/min、停留时间为5 s、搅拌针压入深度为2.4 min时,抗剪载荷达到最大值4 270 N,塑性位移为0.966 6 mm,正拉载荷为1 646 N。由此可以看出,转速对于提高点焊接头性能起到决定性作用。     

AlSi10Mg铝合金选区激光熔化成形缺陷控制和表面质量优化

铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好等特点,很好地满足航天飞行器轻量化需求。激光选区熔化技术(SLM)成形的铝合金零件综合性能良好,在航天领域应用广泛,但存在成形过程中缺陷不好控制、成形件表面质量较差、后处理工序烦琐等问题。为此,选取AlSi10Mg铝合金,针对SLM成形AlSi10Mg铝合金缺陷消除进行实体工艺优化研究,获得缺陷最少的优化工艺参数,并进一步研究表面粗糙度优化方法。结果表明,通过优化工艺参数(主要包括扫描功率、扫描速度、扫描间距),可以获得较低的孔隙率(9.2%)和较优的内部成形质量;成形件表面质量主要影响因素有表皮扫描功率、扫描速度、扫描间距等,适当提高扫描功率可以获得较好的表面质量。     

用微型剪切试验研究B610CF肋板与壳板组合焊接头性能

采用微型剪切试验和常规力学性能试验对B610CF钢肋板(76mm)+壳板(40mm)两种组合焊接接头(立焊、仰焊)进行了全面的试验研究.通过绘制性能梯度曲线研究接头各个微观区域的性能变化和规律,以及焊接位置和线能量对接头性能的影响.研究表明:(1)性能梯度曲线展现了组合接头各个微观区域强度(剪切强度)、塑性(切入率)以及韧性(剪切功)的变化规律;(2)组合接头在热影响区存在不同程度的软化现象,焊接线能量越大,失强率越高;(3)常规力学性能试验表明B610CF钢具有优异的焊接性;同时,通过微型剪切试验可以优化焊接工艺参数,减小组合接头的失强率,获得优质组合接头.     

高孔隙率、小孔径泡沫铝的制备及压缩性能

以纯铝为基体材料、钙为增黏剂、TiH2为发泡剂制备了高孔隙率(80%)不同孔径的泡沫铝;研究了对发泡剂进行表面氧化处理、增黏搅拌时间、发泡剂加入量和发泡时间对泡沫铝孔结构的影响,并对不同孔径的泡沫铝进行了压缩试验。结果表明:对发泡剂进行氧化处理可以减缓其释放氢的速度,经过相同时间发泡后可获得孔径更小的泡沫铝,但要获得相同孔隙率的泡沫铝,则经氧化处理发泡剂的加入量应比未经氧化处理的大;延长增黏搅拌时间有利于获得小孔径泡沫铝;其他条件相同时,泡沫铝的孔径和孔隙率随着发泡时间的延长而增大;孔隙率相近时,孔径小的泡沫铝,单向压缩应力应变屈服平台较高,吸能能力也较大。     

基于SLS/CIP工艺SiC陶瓷的制备及其性能

以喷雾干燥的SiC-Al_2O_3-Y_2O_3造粒粉为原料,使用机械混合法得到复合粉体,通过激光选区烧结/冷等静压技术并结合液相烧结工艺制备出SiC陶瓷,对SiC陶瓷的物相组成、显微结构、抗弯强度及密度进行表征。结果表明:喷雾造粒粉平均粒径为39.43μm,球形度较高,流动性良好,适用于SLS成型;SLS成型最优参数为激光功率7W、扫描间距0.15mm、扫描速率2200mm/s、单层层厚0.15mm且CIP压力为80MPa时, SiC陶瓷素坯的性能最佳,抗弯强度为(2.23±0.10)MPa,密度为(1.31±0.05)g/cm^3;在1950℃下烧结2h后,样品发生了致密化,SiC陶瓷密度为(1.95±0.17)g/cm^3,相对密度为(60.81±5.31)%,抗弯强度为(55.43±4.04)MPa。