圆形倾斜薄壁件的激光熔覆成形

航空发动机燃烧室是由向外倾斜、直壁和向内倾斜3部分组成的圆形薄壁件。面向燃烧室结构的圆形薄壁件,依据偏移无支撑熔融粉末不塌陷的临界条件和单道熔覆层高度建立了熔覆成形倾斜角度数学模型,研究了激光熔覆向内倾斜和向外倾斜圆形薄壁件的偏移量、成形高度和倾斜角度,并进行了试验验证。研究结果表明在单层等偏移量条件下,几何形状的差异导致了向内倾斜圆形薄壁件较向外倾斜圆形薄壁件偏移总量较大、成形高度较小和倾斜角度较大,最后试验熔覆出了航空发动机燃烧室模拟件。研究结果为圆形薄壁件激光熔覆成形应用提供了理论和试验依据。     

扫描路径对薄壁件激光熔覆涂层形变的影响

为了改善收割机割刀等薄壁件在激光熔覆提升性能时容易产生形变的状况，采用Nd:YAG激光加工系统在Hilbert分形式、轮廓偏置式和光栅式的3种不同的扫描路径下分别制备不同的铁基合金熔覆涂层，并取得了基材形变量和熔池深度等相关数据。结果表明，轮廓偏置式扫描路径在中心处的熔池深度最大，为0.75mm，且试样形变量达到了0.30mm；激光熔覆过程中熔池与其附近区域的温度梯度和基材形变量有着正相关的关系，熔池深度越大，温度越高，不同区域之间的温度梯度越大，产生的热应力越大，进而形变的倾向也会越大；光栅式扫描路径熔池深度随时间递增，温度梯度较小，故对基材的形变倾向较弱，且所制备的熔覆涂层质量较好，是适合于薄壁件激光熔覆的扫描路径。此研究对薄壁件激光熔覆具有指导意义。     

变Z轴提升量法圆弧截面倾斜薄壁件激光熔覆成形研究

Z轴提升量与单层堆积高度的匹配是高质量倾斜薄壁件激光熔覆成形的关键因素,因此,提出变Z轴提升量法对圆弧截面倾斜薄壁件进行熔覆成形。在三轴开环条件下,通过熔覆成形竖直和倾斜薄壁件试验,得到偏移量ΔX与提升量ΔZ之间的关系曲线。结果表明,随着偏移量的增大,提升量逐渐减小,且当ΔX在0.06~0.08 mm区间段时ΔZ减小最快;成形的倾斜件最大倾斜角为36.6°。由关系曲线计算出圆弧等分点处的偏移量和提升量构成二维数组,再用Matlab对数组按圆弧形状筛选组合,模拟出优化的截面轨迹规划路径。采用模拟得到的逐层偏移量和提升量组合,熔覆136层,成形出圆弧截面倾斜薄壁件,成形高度尺寸最大偏差0.78 mm,与模拟结果相符,验证了变Z轴提升量法熔覆成形圆弧截面倾斜薄壁件的有效性。     

扭曲薄壁件光内送粉激光熔覆成形温度场研究

根据光内同轴送粉激光快速成形工艺, 建立了扭曲薄壁件激光熔覆成形温度场瞬态有限元数值模型, 模拟了扭曲薄壁件激光快速成形过程的温度场演变过程, 分析了扭曲薄壁件熔覆成形过程中定点温度的热循环, 通过仿真实时控制模型中输入激光功率的大小, 模拟得到了保持熔池温度稳定时激光功率的变化值; 通过层高控制调节激光器功率, 控制熔池的温度稳定, 成功熔覆成形了扭曲薄壁件。性能分析表明: 成形件表面光滑, 没有粘粉, 尺寸与设计数值基本相同, 组织细小致密, 与基体形成冶金结合, 且成形件硬度较高。     

不锈钢微流道模具的激光熔覆成形

采用JK1002型Nd:YAG激光器、同步送粉系统,在塑胶模具钢HPM75基体上,熔覆316L不锈钢粉末,直接成形微流道模具。研究送粉量对熔覆道几何尺寸的影响,研究稳定送粉状态下送粉量与激光功率组合对熔覆质量的影响。结果表明,送粉量1.5~2.5 g/min,获得满足微流道模具几何尺寸要求的微细熔覆道;激光功率400 W和送粉量2.0 g/min组合,获得具有较好熔覆质量的微细熔覆道。采用CAD-Mastercam软件,规划特定形状微流道模具的激光扫描成形路径,采用优化的参数组合进行多层熔覆成形实验,成形出致密、硬度580 HV的微细熔覆道,经后续磨、铣削及少量抛光,制作出高0.1 mm,宽0.3 mm的熔覆道,满足工作技术要求的微流道模具样件,制作1件模具总耗时60~75 min。     

激光熔覆成形316L不锈钢组织的特征与性能

对316L不锈钢进行了多层激光熔覆成形试验，采用光学显微镜（OM），扫描电子显微镜（SEM）和电子探针显微分析（EPMA）等手段对其微观组织特征和性能进行了分析测试，揭示了激光熔覆成形316L不锈钢组织形成的规律和机理，获得了无裂纹、无气孔等缺陷的致密熔覆成形组织。熔覆层内部主要由垂直于界面外延生长的柱状树枝晶和平行于扫描方向的转向枝晶组成，枝晶沿着与最大温度梯度最接近的（100）方向择优生长。结果表明，熔覆层成分均匀，稀释率小，与基体呈冶金结合，抗拉强度大大超过传统成形方法加工的材料，且具有较好的塑性。     

封闭空腔回转薄壁件的激光熔覆成形

封闭空腔结构具有大倾角的特征,如采用传统的水平分层法堆积,大倾角部分的熔池易产生塌陷,使成形无法进行;采用变角度法向分层堆积大倾角封闭区域时,存在激光与已成形部分的干涉问题。文中基于中空激光光内送粉技术进行了空间堆积封闭半球壳体的研究。将封闭半球壳体划分为变角度法向成形区域和斜定向成形区域,前者采用变角度法向分层方法进行堆积,以消除阶梯效应;后者采用斜定向错位分层方法进行堆积,避免了封闭区堆积时激光与已成形部分的干涉。建立了斜定向分层堆积偏移模型,并通过斜墙试验验证了可行性,最终完成了封闭半球的熔覆成形。检测结果表明,成形件表面平整,尺寸误差在5%以内,壁厚稳定在2.7 mm左右,两种成形区域的显微组织整体均匀致密,硬度和强度总体保持稳定。     

激光熔覆工艺参数对金属成形效率和形状的影响

针对激光熔覆再制造装备零件的快速高效熔覆成形及其控形问题,采用1kW全固态激光器和铁基合金粉末进行了不同激光线能量和送粉量下单道熔覆对比实验,研究了激光功率、激光扫描速度和送粉量等主要工艺参数对熔覆线形状尺寸和金属成形效率的影响.结果表明:熔覆线的宽度是光斑直径、激光功率、激光扫描速度和送粉量的函数,随激光功率增加和激光扫描速度降低,熔宽增加;随送粉量增加熔高增大.成形效率随工艺参数变化具有复杂的变化趋势,随激光线能量增加和送粉量增加,成形效率一般增高.在合适的参数范围内,需要对工艺参数进行优化以获得较高的成形效率.     

激光熔覆立铣刀的制造研究

采用同步送粉激光熔覆方法，在45#钢立铣刀坯材的刃带部位，熔覆一层钴基自熔合金作为立铣刀的加工刃。研究了激光熔覆工艺参数对激光熔覆层形状和开裂的影响，结果表明，熔层宽度的关键因素是激光的有效光斑尺寸，它是由激光功率密度与熔覆速度决定的；熔层高度的关键因素是粉末的线送粉速率，它是由送粉器的送粉速率与熔覆速度的比值决定的；提高激光功率可显著降低熔层开裂倾向。同时，薄的熔层形状可以降低熔层开裂的倾向。进行了激光熔覆立铣刀工装设备．和工艺研究；采用优化工艺，在45#钢铣刀坯材上熔覆成功无裂纹，成型良好、硬度分布满足使用要求的功能层；通过了国标GB／T122．4．3-90规定的立铣刀切削性能试验。以激光熔覆新工艺完成了立铣刀的制造。     

工艺参数对激光熔覆成形316L不锈钢形状的影响规律

激光熔覆技术经多年发展已取得许多成功的工业应用,但如何控制工艺以达到最佳成形效果,需要通过研究工艺参数与成形精度之间的关系才能找到最终的解决方案。借助激光熔覆快速成形法制备316L不锈钢实验试样,研究工艺参数组合对成形试样形状的影响规律。通过定义单涂覆层截面形状特征参数,采用线性相关法处理截面形状数据,建立工艺参数组合与截面形状特征参数的线性关系。此外,激光熔覆成形件易出现两类典型缺陷,即晶界间微裂纹和层间熔合不良缺陷。     

进化神经网络在激光熔覆成形中的应用研究

在激光熔覆成形金属制件工艺中,熔覆层稀释率大小对成形制件的性能以及后续工序的处理有至关重要的影响。设计了基于进化神经网络的学习算法,建立了熔覆层稀释率随工艺参数变化的预测模型,该模型结合了基因遗传算法的全局搜索能力和BP神经网络良好的局部性质。实验和模拟结果表明,基于进化计算的神经网络不仅可以克服单纯使用BP神经网络易陷入局部极小值等问题,而且预测精度较高,具有一定的实用价值。     

基于人工神经网络的铝合金激光熔覆层特征与性能的预测

基于人工神经网络(ANN)技术,采用MATLAB作为开发平台,建立了激光熔覆参数与熔覆层特征及性能之间的关系模型.模型以激光功率、扫描速度、光斑直径、涂层成分配比作为输入参数,以熔覆层硬度、熔覆层宽度和高度作为输出参数.对熔覆层的特征与性能进行了预测.结果表明,该模型的平均误差较小,网络训练后检验精度较高,具有较好的预测能力.该模型能够用于预测铝合金表面激光熔覆层的特征与性能.     

不锈钢薄壁零件选区激光熔化制造及影响因素研究

为了实现薄壁零件的快速制造,在快速成型设备Dimetal-280上进行了选区激光熔化(SLM)成型工艺实验研究,分析了SLM中不同激光功率、扫描速度、铺粉装置、离焦量和层厚对成型效果的影响,在实验中获得了优化的工艺参数,并成型了变截面的薄壁零件,零件致密度达96.95%。在扫描电镜下观察了零件的表面及侧面,结果表明其层与层之间熔合良好;分析表明成型设备成型零件壁厚的绝对误差极限值在20μm左右;薄壁零件顶部壁宽为101.3μm,底部壁宽为142.0μm,与设计值相差分别为21.3μm和22.0μm,与极限值相吻合;拉伸测试表明,抗拉强度范围为465~625 MPa,屈服强度范围为390~515 MPa,延伸率范围为23%~48%。     

激光快速成形技术制作纯钛基底冠

为了探索应用激光快速成形(LRF)技术制作纯钛基底冠的可行性,通过激光扫描测量模拟了基牙的铝合金代型并三维重建其数字化外形,采用计算机辅助设计了基底冠。通过正交实验优化基底冠加工参数,将基底冠数据与加工参数导入快速成形系统加工10个纯钛基底冠。将完成的纯钛基底冠在铝合金代型上就位粘接,进行边缘适合性检测,评估加工精度。得到激光快速成形技术可以进行纯钛基底冠的加工,边缘适合性检测结果表明10个基底冠的各点间隙大小与临床120μm可接受的标准相比,均显著小于120μm。     

金属板材激光热成形非期望变形的数值模拟研究

在激光热成形中工件除了产生期望的弯曲变形外,还会产生非期望变形.尽管在常规热成形中可以不予考虑,但对于成形精度要求较高的工件.这些成形误差不仅会影响工件的装配精度,也会严重影响工件的使用寿命.为了减小成形工件的非期望变形,探讨优化的成形工艺,在分析激光热成形中温度分布与不同位置冷态材料对加热区域约束力变化的基础上,揭示出非期望变形的产生机制,并提出两种新的扫描策略.研究结果表明,选用不同的扫描策略,板材的非期望变形量不同.因此,在实际的工业应用中,需要针对不同的成形要求,选用不同的激光扫描策略,以提高工件的成形精度.