热锻模具电弧增材再制造技术研究进展

热锻模具是制造业中的基础工艺装备,是大规模生产的基础.由于其复杂的工作环境,热锻模具内部易产生疲劳裂纹、磨损、塑性变形等失效.将电弧增材技术引入热锻模具修复与再制造可提高模具基体材料的利用率,降低制造成本,提高锻造生产连续性.本文总结了热锻模具的主要失效形式及成因,并通过对现有修复技术比较,得出了电弧增材技术的适用性范围.分析了焊材、工序及工艺因素等对热锻模具再制造质量的影响,结合该技术已取得的进展及面临的技术瓶颈,对热锻模具电弧增材再制造技术的未来研究方向进行了展望:如研究热锻模具再制造专用焊材、匹配低热输入量增材制造工艺、建立电弧增材制造多金属层热锻模具剩余服役寿命预测模型、研发增减材净成形修复设备等.     

柔性再制造增材修复系统

失效零件再制造修复的特点是:待修复形状和位置的随机变化特性,修复件性能不均匀性,修复加工需控制成本。针对性地提出构建满足个性化修复需求的系统构建策略:增材制造系统用于修复,同时配用小热输入量的弧焊电源;构建了由机器人作为承载体、弧焊电源、开发的控制系统和辅助系统组成的柔性增材修复系统;详细介绍系统的设计原则、设备选用和系统集成;选择了库卡机器人,选用具有"冷金属过渡技术"(CMT Advanced)弧焊电源,研发了由工控机为硬件的控制系统。这套系统可以很好地完成修复工作,满足退役零件个性化的修复需求。     

铝合金增材制造技术研究进展

电弧增材制造成形普遍存在结构件的形貌误差较大和精度控制难的问题,针对摆动钨极惰性气体保护焊（Weaving-gas tungsten arc welding, W-GTAW）热源铝合金增材制造过程,研究了不同摆动角度及摆动左右停止时间条件下增材制造薄壁的尺寸和成形形貌特点。对比常规GTAW电弧增材制造,W-GTAW薄壁成形件可以获得更小的基板熔透量,并且摆动速度和摆动左右停止时间越小,薄壁高度越高,当摆动速度为3.0 × 10⁻² rad/s、摆动左右停止时间为0.15 s时,薄壁熔覆高度为15.91 mm,仅次于常规GTAW薄壁成形件;对于薄壁壁厚,在电弧摆动左右停止时间为0.25 s条件下的W-GTAW成形件壁厚为13.83 mm,相较于常规GTAW壁厚增加了2.67 mm,并且此条件下基板两端翘起角度仅为0.2°;对比常规GTAW增材制造技术,W-GTAW得到了最大精度为0.92的薄壁,而在试验条件下,适当增大摆动角度和摆动左右停止时间,薄壁尺寸精度可以得到进一步提升。

     

面向增材再制造的零件三维模型重建系统研究

应用多频外差相移技术、双目结构光重建原理,将两个工业面阵CMOS相机、一个数字投影仪固定在移动式机器人激光熔覆增材再制造设备的机械手上,搭建出一套损伤零件三维模型重建系统,并进行了相机标定和手眼标定.利用该系统对带凹坑缺陷的金属基板进行三维模型重建试验并进行体偏差分析,重建出零件缺陷的三维模型.结果表明本系统能满足零件...     

Al-Si系铝合金电弧增材再制造成形机理及性能评价

针对6082铝合金的磨损、腐蚀、掉块等损伤,采用CMT (Cold metal transfer)电弧增材再制造技术和自主研发的Al-Si-Cr-Er丝材在其表面制备了单层多道、多层单道及多层多道成形层。综合运用金相显微镜、扫描电子显微镜、万能力学实验机、电化学工作站等分析成形层微观组织并评价其力学及电化学等综合性能。结果表明：成形层平滑光亮,焊道和焊道之间搭接平整紧密,无气孔、热裂纹、咬边、焊瘤等缺陷,Cr及稀土元素Er的加入,有效抑制了晶粒长大,促进了成形组织细化。相较于通用ER4043丝材,Al-Si-Cr-Er成形层的平均抗拉强度达228.7 MPa,最高延伸率达13.5%,微孔聚集形韧窝断裂是其主要失效机制;自腐蚀电位提高了约0.2 V,自腐蚀电流密度降低了一个数量级,成形组织的细化和杂质元素含量的降低是其耐腐蚀性能提升的主要原因。     

矿用链轮激光增材再制造修复

目的 借助激光增材再制造技术,对矿用链轮磨损域修复工艺进行研究,以提升磨损链轮的力学性能,降低维修成本.方法 分别使用扫描仪及Imageware软件对链轮毛坯点云数据进行获取和处理,通过磨损域反求重构方法对磨损链窝进行几何建模,对得到的模型进行分层、路径规划及轨迹代码处理.通过工艺性试验对熔覆试件进行组织形貌、硬度与抗...     

热锻模曲面随形电弧增材再制造工艺

为解决现有再制造方法在热锻模具型腔曲面空间下多材料分布结构不合理的问题,基于热锻模具的性能需求和型腔曲面结构特征,提出了电弧熔丝曲面随形增材再制造修复方法,规划了曲面增材路径,并开展了两层梯度材料的曲面随形电弧增材再制造实验研究。梯度增材层分为过渡层(材料为RMD535)和强化层(材料为RMD545),过渡层位于中间位置,直接与模具基体接触,强化层位于表面,直接与锻件接触。对随形增材后增材层的表面形貌和梯度层性能进行了分析。实验结果表明,曲面随形增材再制造后的表面形貌质量良好,整体尺寸偏差在4 mm以内。增材再制造层的显微硬度总体呈上升趋势,梯度值在100 HV以内,不同曲率处的硬度值和分布规律差异较小。梯度层组织从下至上呈现出贝氏体到马氏体的转变过程,碳化物逐渐增多,界面处主要元素相互扩散呈缓慢过渡趋势,整体梯度性能分布均匀一致,表面强化层的高温耐磨性更高,满足热锻模具修复再制造的梯度性能要求。     

铝合金电弧增材制造技术研究进展

增材制造技术是制造业信息化、数字化、智能化的重要组成内容,而电弧增材技术在铝合金成形中具有较好的应用优势。从金属增材制造技术分类、发展历程、标准规范、技术原理等方面,对比分析了不同增材制造技术的优势与局限。特别介绍了以冷金属过渡技术为代表的电弧增材技术,讨论了电弧增材技术的自身优势与局限性,及其应用于铝合金结构件一体化制造的优势。从成形工艺、气孔缺陷、强韧化技术等多方面综述了国内外铝合金电弧增材技术的研究发展,介绍了目前国内外在铝合金电弧增材制造方向的研究工作以及遇到的主要问题,重点分析了铝合金电弧增材制造样品强韧化方法与效果,介绍了国内外的相关优秀案例。最后总结了未来铝合金电弧增材制造技术需要着重解决的问题与方向,包括原材料质量问题、几何精度问题、气孔、热裂纹和残余应力问题、组织和力学性能问题。     

基于电弧的多能场复合增材制造技术研究现状

增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式,电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高,以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势,被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向,可以满足不同标准零部件的加工制造,已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术,包括磁场–电弧、激光–电弧和电场–电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发,分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响,讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能,同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题,并给出了建议。     

激光增材再制造IN939修复区显微组织与拉伸性能研究

目的 研究采用IN939粉材对镍基高温部件增材修复的可行性,获得增材修复区微观组织与性能分布规律,为燃机部件修复提供支持.方法 探索了IN939合金激光熔覆成形工艺,并进一步开展了IN939增材修复镍基合金梯形槽试验研究,分析了增材修复区显微组织结构与物相组成,研究了激光再制造过程组织变化对修复区显微硬度、拉伸性能的影...     

再制造设计基础及方法

废旧产品在进行再制造加工前,要进行再制造性评价和再制造工艺设计。而产品的再制造特性主要是由产品设计阶段决定,废旧产品的再制造特性又决定了产品能否进行寿命末端再制造。文中主要探讨了产品再制造设计的影响因素、废旧产品再制造特性评价及再制造加工建模等内容。通过再制造设计的研究,可以为开展科学的再制造提供依据,最大限度地挖掘废旧产品中的蕴含的财富和信息,实现资源的可持续发展战略。     

Progress of Nondestructive Detection Technology on Remanufacturing Coatings

The defects of remanufacturing coatings,such as micro-cracks,micro-pores,oxide inclusion,and fatigue cracks producing in the service process have great influence on the qualities and lives of remanufacturing coatings.This paper summarizes several methods used for detecting coating defects,including ray method,ultrasonic method,eddy method,magnetic memory method,acoustic emission method.The advantages and limitations of the above methods are also discussed.The detection results by ray method are visualized,and it is easy to achieve qualitative,quantitative and locating detection,but this method has incipient fault and low detecting sensitivity.Ultrasonic detection can exactly locate defects,and it is sensitive to plane defects,but the detection has dead zones,and it is inconvenient to perform qualitative and quantitative measurement.Eddy method detects fast,but it only can detect conductive materials,and is difficult to achieve qualitative,quantitative and locating detection.Magnetic memory method is sensitive to ferromagnetic materials,but it can not detect nonferromagnetic materials and is difficult to attain quantitative measurement.Acoustic emission method has an extensive detection range and high sensitivity,but it has big noise interference,and is hard to achieve qualitative detection.In conclusion,it describes the application prospect of each method for detecting coating.     

电子束直接金属成形技术的工艺研究

基于电子束的直接金属成形技术利用电子束能量密度高、无反射以及真空加工环境无污染等优点，将电子束加工与快速原型制造技术相结合，可制造传统制造技术无法制造的复杂金属零件。本研究利用自行开发的电子束选区熔化成形设备进行了316L不锈钢粉末的试验研究，结果发现气雾化粉末具有较好的一维成形能力，但扫描速度不能太快；水雾化粉末聚球现象严重。通过工艺试验和数值模拟，得出气雾化粉末的比例在40％～60％之间的混合粉末具有较佳的成形性能，该粉末的成形过程分为粉末固定、粉末预热及粉末熔化3个阶段。采用电子束选区熔化成形的层片表面光滑平整，内部组织致密、细小，层间为冶金结合。     

激光再制造技术工程化应用

介绍了激光熔覆技术和激光再制造技术的特点.激光熔覆技术是激光再制造技术的基础技术之一,具有结合强度高、热影响区小、热变形小、可控性好等技术特点,以激光熔覆技术为主要技术的多种加工技术同再制造产品相结合形成的激光再制造工程技术是再制造工程技术的重要组成部分,具有优质、高效、节能、节材、环保的基本特点,该技术的兴起和发展为我国重大机械装备和部分进口设备的修复和改造提供了新的技术手段.在我国,激光再制造技术广泛应用于石化、冶金、电力等行业.列举了激光再制造机械设备的典型案例,指出在我国开展重大装备的激光再制造,不仅具有广阔的市场前景,而且具有重大的经济效益和社会效益.     

再制造防腐蚀技术在中国的发展及应用

再制造防腐蚀是针对在役装备或腐蚀装备所进行的高技术防护。再制造通过使用优于原始制造的先进技术,充分挖掘了腐蚀装备中蕴含着的高附加值,使得再制造具有显著的节能环保特色。通过再制造关键技术对装备进行腐蚀控制,将提高装备防腐性能,赋予装备新的寿命,最大限度的保障装备的循环利用。文中着重介绍了高速电弧喷涂长效防腐技术、纳米电刷镀防腐耐磨涂层技术、非晶态合金化学镀层防腐技术、纳米固体薄膜减摩防腐技术和纳米防腐涂料及涂装等再制造防腐技术的实际应用。再制造工程在国内外得到了快速发展,推动了"资源节约型、环境友好型"两型社会的建设,已经引起了国家的高度重视和支持,中国已成为国际再制造中心之一,且已将具有中国特色的再制造工程发展到了一个新阶段。     

离子束表面工程技术的进展*

综述了离子束表面工程技术近期研究进展,重点讨论了等离子体浸没离子注入(PIII)、强流脉冲离子束技术(HIPIB)、等离子体喷涂物理气相沉积(PS-PVD)、电子回旋共振(ECR)等离子体和磁过滤阴极真空弧沉积等表面工程技术;介绍了离子束表面工程在替代传统电镀技术、航空航天材料表面改性、太阳能利用中材料的表面改性、生物医学材料的表面改性等领域的应用。指出了离子束表面工程技术的未来研究方向,即深入研究离子束与材料表面的作用机理,开发高性能结构涂层和功能涂层,发展新的离子束复合表面技术。     

基于激光熔覆的车床主轴再制造

随着我国可持续发展重大战略的推进,蕴含着高附加值的损伤、退役机床再制造研究越来越受到重视,作为机床的核心部件之一,损伤主轴再制造成为机床再制造的关键。使用Nd∶YAG固体激光熔覆设备及FeCr合金粉料对损伤45钢主轴进行修复再制造研究,使用扫描电镜观察了熔覆层组织结构,通过显微硬度测试、摩擦磨损试验分析了熔覆层硬度及耐磨性,使用磨床对主轴熔覆层进行精密磨削加工。结果表明所得熔覆层无气孔裂纹等缺陷,其硬度达547 HV0.1,相同负载条件下熔覆层耐磨性为基体材料的3.7倍;磨削加工后再制造主轴完全恢复至设计尺寸,经过相同服役时间后再制造主轴磨损量小于新品主轴磨损量,说明了车床主轴激光熔覆再制造的可行性及有效性。