快速成形技术溶/熔堆积中的缺陷

快速成形技术采用离散／堆积的概念制造零件，可以制造任意复杂形状的三维实体。分析了快速成形技术溶／熔堆积过程中的缺陷及缺陷破坏现象，给出了缺陷破坏理论，说明快速成形技术溶／熔堆积过程中的破坏主要是由缺陷引起的。分析了缺陷的种类和产生的原因。分析了缺陷生长过程，缺陷一旦生成就会恶性放大，直至破坏。还讨论了一个试样的破坏实例。最后提出了缺陷的防范措施。     

控制FDM成型制件误差的方法研究

快速制模是快速成型的主要应用之一,但成型件的精度难以达到快速制模对原型或型芯尺寸精度和表面精度的要求.系统分析了熔融堆积成型( FDM)工艺成型精度的影响因素,分析产生误差的根源及作用机理.针对FDM产生的误差,通过定性和定量分析,提出减小误差的途径和方法,并通过实例验证了解决翘曲变形和尺寸精度问题的方法,提高了原型的精度,对熔融堆积成型工艺精度的提高具有实际的参考价值.     

磁流变抛光中表面彗尾状缺陷的生成与演变行为

为了研究磁流变抛光后元件表面"彗尾状缺陷"的生成和演变机理,本文以石英玻璃为样品,分析了磁流变抛光时抛光液中抛光颗粒浓度与水分含量对彗尾状缺陷的影响.研究表明,彗尾状缺陷的生成与元件表面存在的原始缺陷相关,抛光颗粒在缺陷处的堆积是造成原始缺陷转变成彗尾状缺陷的主要原因.随着抛光颗粒浓度的增加,抛光颗粒在原始缺陷处的堆积...     

增材制造成形方向对冲蚀磨损性能的影响*

增材制造的零部件由于逐层制造而具有各向异性,为研究成形方向对冲蚀磨损性能的影响,采用激光同轴送粉工艺制备逐层堆积的铁基合金熔覆层,并对其显微硬度、金相组织、微观组织及冲蚀后表面形貌进行分析。水平表面(XY)、横截面(YZ)和纵截面(XZ)的显微观察表明:各方向的微观组织结构与热流方向、熔合线密切相关,进而显著影响了细晶区的分布和数量;堆积熔覆层水平上表面的平均显微硬度最大,横截面的平均显微硬度次之,纵截面的平均显微硬度最低;由于冲蚀过程中的加工硬化,弱化了各成形方向之间冲蚀磨损性能的差异,进而导致各成形方向上相似的冲蚀磨损形貌。冲蚀磨损试验表明,堆积熔覆层的冲蚀机制以微切削和犁削为主,堆积熔覆层水平表面的抗冲蚀磨损性能最好,纵截面的抗冲蚀磨损性能最差。     

快速成型台阶误差分析及其降低措施

以FDM成型工艺程序为线索,分析可能影响FDM成型精度因素.研究了FDM快速成型原理导致的原理性误差,FDM快速成型是层堆积成型,成型件是层层堆积粘接而成,这就必然会形成台阶误差而影响成型件的表面精度.在分析台阶误差产生原因的基础上,找出影响台阶误差的因素及其变化规律,在此基础上提出减小台阶误差的措施.针对快速成型时采用逐层叠加制造的基本思想,对成型时的台阶效应引起的正偏差进行了分析计算,绘出了影响该误差的因素及其误差曲线图,供有关设计和制造技术人员参考.     

熔融挤出堆积成形系统精度分析

介绍熔融挤出堆积成形系统的成形精度影响因素轮图，结合实际工作，从几何数据处理、机械和数控系统、材料、工艺规划和控制诸方面论述影响成形精度的因素。提出提高精度的措施：出丝宽度补偿、出丝的启停响应延迟补偿和超前控制。     

激光工程化净成形技术同轴送粉的研究

介绍了激光工程化净成形系统同轴送粉器组成和工作原理；通过试验分析可知，粉末送给量与步进电机转速成正比，加工层厚与粉末送给量成正比；激光焦点与喷粉焦点不重合是造成成形件侧表面粗糙、堆积高度波动、截面厚度不均匀和尺寸误差的直接原因，调整激光焦点位置使激光焦点与喷粉焦点重合可有效解决上述问题。     

基于Matlab GUI框架下激光选区熔化成形铺粉质量检测系统研究

在激光选区熔化成形设备铺粉过程中,存在刮刀条纹、刮刀撞击、铺粉不完全、超高角和碎屑5种铺粉缺陷。为了实现激光选区熔化成形铺粉质量的在线和离线检测,基于Matlab GUI软件设计了一个激光选区熔化成形铺粉质量检测系统。利用Matlab图像捕获工具箱实现图像的实时采集,或将已采集的铺粉图像进行单张或批量质量检测,提取铺粉缺陷特征并显示结果、缺陷位置和运行时间;铺粉质量检测结果可保存为.txt文件,方便操作人员对激光选区熔化零件成形质量分析。系统对人工智能在灰度粉末铺层表面的均匀性进行了有益的探索,利用计算机图像识别技术代替人眼,判断激光选区熔化成形铺粉表面缺陷,为激光选区熔化成形铺粉质量分析提供了一个强有力的工具。     

镁合金超声振动单点渐进成形表面效应的研究

根据镁合金板材成形特点提出超声振动单点渐进成形新工艺,运用有限元分析软件将模拟和实验相结合,研究了成形参数对镁合金板材单点渐进成形表面效应的影响。表面效应主要表现为对所加工的成形件表面质量和尺寸精度的影响,因此主要研究振动频率、振幅对成形件表面质量和尺寸精度的影响规律。结果表明:就成形压力而言,选取振动频率f=80kHz较为合适;就成形精度而言,振动频率f=40kHz、振幅A=0.04mm较为合适。     

激光熔覆成形金属薄壁结构的试验研究

试验研究了较低功率的激光熔覆成形金属薄壁结构及其影响因素。成形金属薄壁结构的能力对零件薄壁部位的成形和小型零件的制造十分重要。由于传统的激光表面处理工艺观念的影响、对激光单道熔覆成形薄壁结构过程及其规律的认识不够,目前成形薄壁结构的能力较差。试验研究了用与表面处理工艺不同的、功率和光斑尺寸较小的CO2激光进行单道熔覆成形薄壁试样,试验结果表明较低功率、较小光斑的激光与适当的扫描速度、送粉速度等配合可以得到壁厚最小为0.4 mm的薄壁结构。激光单道熔覆的壁厚与工艺参数和工件高度有关,粉末流与激光束之间的同轴度和送粉速度的稳定性等因素也影响薄壁结构的成形。     

粉末冶金工艺制备不锈钢的研究进展

制备不锈钢的粉末冶金工艺与传统熔炼工艺相比具有成本低的优势,其生产的零件接近净成形且尺寸精度较高。主要介绍了近年来国内外利用粉末冶金工艺制备不锈钢的研究进展,包括烧结理论、成形和烧结技术的发展及成分添加剂对不锈钢组织和性能的改善。最后结合粉末冶金不锈钢的应用现状,提出了今后研究应重点关注的方向。     

3DP工艺中STL模型中心排样策略研究

针对3DP工艺中零件排样问题,由于不同零件成型方向所产生的阶梯误差存在差异,因此排样过程零件旋转受到限制。同时为了避免零件间受到粘结剂渗透影响,它们之间需预留间隙。基于粉床中心位置零件的成型质量要优于四周,提出了一种基于投影算法的STL模型中心排样策略。该方法将三维排样问题转化为二维不规则排样,以排样环作为零件的移动路径,排样点作为模型移动的参考位置,并以二维平面上的圆形空间评价排样结果,从而实现了多个零件中心排样。以两类典型的STL模型进行了三组算例的中心排样实验,结果表明：该中心排样策略对不同类型的零件均取得了较好的排样效果。     

水泵叶轮在激光选区熔化成型加工中的几何误差研究

以316L不锈钢金属粉末为原料,利用激光选区熔化成型技术试制某潜水泵用叶轮。针对水泵叶轮激光选区熔化成型加工中出现的几何误差,分析水泵叶轮出现几何误差的原因。通过设计工艺试验,探究水泵叶轮在激光选区熔化成型加工中几何误差的产生规律,建立水泵叶轮的几何误差模型,确定引起水泵叶轮成型精度的主要因素有:切片处理产生的误差、激光深穿透产生的误差、外边框凸起产生的误差、材料收缩变形产生的误差、粉末的杂质引起误差和成型缸升降产生的误差,采用后处理和补偿成型缸位移量,解决水泵叶轮几何误差。研究结果表明:当成型缸位移量为0.02823 mm时,所成型的水泵叶轮加工精度符合制造要求。     

板料激光三维弯曲成形的工艺研究

激光成形是1种利用激光作为热源的热应力无模成形新技术.介绍了激光成形的工艺过程及加工设备,分析了激光成形机理,研究了板料激光三维弯曲成形的工艺以及典型工件的成形方案.最后综述了该工艺技术的发展前景.     

柱形件在边角受压下的三向起皱行为

塑性失稳、分叉引起的起皱是材料加工和成形工艺中的常见现象,起皱的出现将影响零部件的成形质量和性能。已有的工作主要集中在一维和二维的起皱行为,为对开模挤压成形初期以及某些低刚度零件的装配过程中出现的三向起皱现象有更深的认识,设计一种通过改变锥模角度以获得皱曲特征的试验方案,得到局部应力集中下的三向皱曲形貌,描述各个方向起皱的特点,系统地分析锥模角度和试样晶粒大小对皱曲的影响。结果表明:柱面凸起高度、凸起距离和起皱波延伸距离随挤压角度的增大而增大;端面凸起高度和起皱波长、延伸距离均随着挤压角度的增大先增加后减小,凸起距离随角度增大单调减小;波长越长时对应起皱延伸越远;试样表面层晶粒越大,起皱波长和延伸距离越大,起皱形貌越明显。     

非圆光斑对金属激光快速成形的影响及对策

当不同方向扫描成形时,采用相同的扫描间距而忽视非圆光斑各向异性的影响,是造成金属快速成形件内部缺陷的一个重要原因.在不更换或调整原有硬件设备的情况下,采用变扫描间距法(即在不同方向上采用不同的扫描间距)与层间正交变向往复扫描相结合,实验结果表明试件的表面质量、成形精度和内部质量都有显著提高.     

颗粒尺寸及组合对SLS碳化硅预制体精度的影响

采用热法包覆方法制备了不同颗粒组合的碳化硅陶瓷粉末,并利用选区激光烧结(SLS)工艺制备了碳化硅陶瓷预制体,研究了颗粒尺寸及组合对激光烧结陶瓷预制体成形精度的影响规律。结果表明：颗粒尺寸及组合对激光烧结陶瓷预制体成形精度的影响显著,预制体翘曲量随颗粒尺寸的增大而减小,表面粗糙度和尺寸误差均随颗粒尺寸的增大而增大;相对于单一颗粒,由双尺寸颗粒组合制备的预制体的翘曲量减小了11%~50%,表面粗糙度Ra值减小了12%~20%,尺寸误差减小了38%~79.6%。     

Dimensional accuracy and surface roughness of rapid freeze prototyping ice patterns and investment casting metal parts

The dimensional accuracy and surface finish of ice patterns generated by rapid freeze prototyping were first investigated. The dimensional accuracy and surface finish of metal parts made by investment casting with ice patterns were then investigated and compared with those made by conventional investment casting with wax patterns. The selection of binder, ceramic powder, and catalyst material for ceramic slurries in the process of investment casting with ice patterns and the need for an interface agent to separate the ice pattern from the ceramic slurry in the mold making process are discussed. The parts used in the investigation included circular cylinders with vertical and slant walls and a turbine impeller. This revised version was published online in October 2004 with a correction to the issue number.     

大倾斜角薄壁结构激光近净成形实验研究

针对复杂装备零件的快速成形及修复问题,提出了一种在激光束与垂直方向之间设置预设夹角的方法,开展了不同预设夹角下无支撑倾斜薄壁结构的成形实验,研究了倾斜薄壁结构的大角度成形机理,给出了预设夹角范围的选择依据,以实现无支撑大倾斜角薄壁结构的成形。研究结果表明:成形过程中无支撑熔融粉末发生坍塌是导致最终成形结构形貌及角度成形精度不高的主要原因;当设定的预设夹角使得激光束与倾斜薄壁结构之间的夹角小于30°时,成形得到的无支撑倾斜薄壁结构形貌良好且实际倾斜角度与设计角度较吻合。给定工艺条件下,采用预设夹角的方式,最终成形得到了倾斜角度约为60°的倾斜薄壁结构,突破了激光近净成形方法成形无支撑倾斜薄壁结构的倾斜极限,成功获得了三元叶片样件。     

Forming process optimization for non-axisymmetrical complex component based on FEM simulation and experiment

Numerical and experimental investigations were carried out in order to reduce the forming load and defects for non-axisymmetrical complex components. The component with intricate shape and V-type high ribs was widely used as key load-bearing structures. Single-step integral loading with different billet shapes and two-step local loading schemes were used to simulate the forming process and study the metal flow laws. Forming processes of preforming and finisher were analyzed to predict the detail characteristics of material flow using the 3D finite element method models. The simulated results showed that the two-step local loading schemes significantly reduced the forming load and improved the metal filling formability without defects, the required forming load obviously lower than single-step integral. The occurrences of defects, forming loads, and velocity vector distributions were studied and a suitable preform and corresponding die designs were obtained. The experimental results also showed that the component could meet the requirements of dimensional accuracy and mechanical properties.