中空激光光内送粉熔池温度控制研究

在激光增材制造过程中,熔池温度的稳定性是表征加工过程稳定性的一个重要指标.设计一套控制熔池温度的闭环反馈系统,以达到控制熔池温度,提高成形件质量.基于C#编程软件实现了温度信号的传递,采用PID控制算法设计了温度控制器.实验结果表明,此系统能实时、准确地实现熔池温度的闭环控制,能够有效消除直壁墙熔覆过程中因热累积而造成的“蘑菇云”现象,且成形件几何精度有显著提高,各处显微组织差异较小,组织致密均匀.     

不等高结构件激光近净成形闭环控制

利用光内送粉技术,基于法向分层的路径规划,结合层高测量系统,对不等高扇形结构件的激光熔覆成形实现了闭环控制。提出了一种分层分段控制的新方法,使成形件宽度一致。建立了速度比例-积分(PI)控制器,使实际总堆高达到了期望值,实现了结构件的高精度成形。     

三光束光内同轴送丝激光熔覆成形新方法研究

目的研究"三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法以及单向、多向单道熔覆成形效果。方法采用光线追迹法分析了三光束光斑几何特性,运用TracePro分析了光斑能量分布。利用研制的三光束光内送丝装置进行了单向以及多向单道熔覆实验,对其展开成形表面质量以及单道熔覆层的组织和硬度分析。结果 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以将原始圆形激光束整形为周向均匀分布的三个扇形光斑,三个光斑光通量均沿着z轴方向呈"尖顶状"分布,丝材能够被三个光斑均匀包裹。基材和丝材采用不锈钢304材料,丝材线径为0.8 mm,负离焦量为2.5 mm,激光功率为1500 W,扫描速度为3.5 mm/s,送丝速度为20.5 mm/s,展开单向和多向单道熔覆成形测试,丝材熔化充分,熔覆层表面均匀平滑。熔覆层形貌和质量基本不受扫描方向的影响。单道熔覆层和基体结合良好,组织整体比较细密,无气孔和裂纹等缺陷,熔覆层底部到顶部晶粒形态主要为树枝晶、柱状晶、胞状晶和树枝晶,熔覆层组织为铁素体δ和奥氏体γ,凝固模式为FA模式,熔覆层底部到顶部铁素体δ的主要形态为板条状铁素体、蠕虫状铁素体、骨架状铁素体和板条状铁素体。熔覆层的平均硬度(228HV)明显高于基材硬度,熔覆层底部到顶部的硬度过渡平稳,不存在明显软化区,组织整体比较细小致密,晶粒分布均匀。结论 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以实现光、丝耦合,基材和丝材采用不锈钢304材料,选择合理的工艺参数,可以获得理想的单向以及多向单道熔覆成形效果。     

激光熔覆三维成型变截面试件的实验研究

基于自主研发的新型喷嘴,设计了采用光内送粉方式进行变截面试件堆积的模型.变截面复杂零件的堆积实验表明:采用层高开环控制,不断改变并实时监测影响高层堆积的z轴增量,保证离焦量基本不变,可以制作出267层的高层堆积件.对所堆积的三维回转体成型件的宏观与微观质量分析检测表明:变截面三维零件内部组织致密,硬度高且分布均匀,晶粒细小,表面粗糙度良好,微观质量较好.     

光内同轴送粉立面堆积成形实验研究

为了得到表面粗糙度低的立面变径回转体,采用中空激光光内同轴送粉技术进行立面堆积的方法,着重对中空激光立面堆积的优点以及激光光头姿态、光头提升量z、激光功率对立面堆积成形件表面粗糙度的影响进行了理论分析和实验验证。在立面堆积过程中,激光光头始终保持与熔道表面垂直,同时对提升量z、激光功率进行实时控制,最终得到表面光滑的立面回转体成形件,其粗糙度Ra为0.497m~2.163m;Rz为1.992m~7.447m。结果表明,该方法在立面堆积方面具有适用性,可以得到表面粗糙度低的成型件。     

Ni基指数分布梯度熔覆层低应力多碰趋表效应

目的研究在低应力多碰条件下,在零件表面激光熔覆制备指数分布梯度涂层的效应。方法采用网格坐标划分法,在低应力条件下通过对Ni基指数分布梯度熔覆层的0Cr18Ni9试件进行多碰试验,获取变形数据,计算获得变形率,绘制规律曲线。借助工具显微镜,获得碰撞前后组织金相图。结果采用的碰撞应力仅有115 MPa,远低于涂层材料与基体的静压缩屈服强度,但指数分布的梯度涂层发生了可测的塑性变形,第一网格层变形率最为明显,达到了18.97%,第二网格层变形率为15.03%,靠近基体的最后一个网格层的变形率为0.29%,可以表明指数分布梯度涂层在低应力多碰后的形变具有"趋表效应"。基体的形变情况与梯度涂层的形变基本一致,从距表面6 mm处开始,涂层与基体结合处由于有瞬间激光高温熔覆,出现了应变的突变现象,宏观塑性变形增大,变形率突增到3.92%,但基体的形变总的来说也符合"趋表效应"。同时借助金相图看到的晶体滑移现象也证实了这一点。结论在低应力多碰作用后,试件表层的累积变形量最大,随着涂层深度的增加梯度减小,表明具有"趋表效应",同时抗多冲形变的能力显著增强。     

液压泵缸体配流副表面激光熔覆的实验研究

对球墨铸铁熔覆青铜合金粉末的工艺进行了研究。通过熔覆试验和金相组织分析,获得了最佳工艺参数。磨损试验表明,液压泵缸体配流面的激光熔覆层满足使用要求。     

回转一次直线误差对车削表面影响的精确分析

用数学方法,分析并验证了在车削加工中,当主轴回转轴线作一次简谐直线运动时,对应加工轮廓曲线的“最小区域中心”位置及其运动轨迹,得出了正确的圆度误差和偏心误差值;以及以上圆度误差值与误差运动方向无关的结论。     

游标式分度刻盘的激光加工工艺研究

利用CO2脉冲激光器对1Cr18Ni9不锈钢板进行激光蚀刻, 探究高精度刻线的刻度盘的加工工艺。主要研究辅助气体、焦深、光斑移动速度等激光加工工艺参数对刻槽的影响, 优化工艺参数, 以求获得良好的几何精度和理想的刻槽轮廓。研究结果表明: 基于1Cr18Ni9不锈钢、使用压缩空气, 不同类型喷嘴对试样无明显区别, 气压过低、距离过近都会使试样产生熔渣或黏结, 连续调节焦深和光斑移动速度可获得理想的焦深范围和速度。针对后续的大批量生产的要求, 相应提出改进的工艺方案, 使其精度和可靠性达到更高的要求。     

回转误差精确测试与特征评定值

推导并建立了在主轴回转误差测试中不受标准球偏心影响的表征主轴回转精度的数学模型。经推导和仿真处理，得出当主轴回转误差分解为不同频次的径向圆周运动或单向谐振动时，机床加工的各种形状、尺寸、形位误差的精确特征评定值。