基于增减材制造的复合加工技术研究

基于增减材制造的复合加工技术融合了增材制造(RP技术)和减材制造技术优势,具有高精度、高效率、高自动化的特点,但国内外针对该技术开展的研究较少。详细阐述了基于增减材制造的复合加工技术原理及特点,并系统分析了国内外基于增减材制造的复合加工技术最新研究进展,最后指出其发展方向。     

桌面型增减材复合机床的设计和构建

增材制造为复杂零件的加工提供了更多的加工方式选择,同时,传统的切削加工方式也具有特定的优势。为了实现多种材料复杂微小零件的加工,将传统铣削加工和3D打印复合在同一台桌面型机床上,使其形成互补,设计和构建了桌面型增减材复合机床的机械部分。以Arduino开发板为平台,构建了低成本的控制系统,调试过后设计并构建了电控箱。最后通过加工实验,证实了所开发设备具有增减材复合加工能力。     

增减材复合制造技术应用研究

增材制造技术能快速成型几何结构复杂的零部件,并能实现多种材料拼接制造,但该技术制造的零部件几何精度和表面质量不高。传统的减材制造精度高,表面质量好,能够弥补增材制造的上述缺陷。增减材复合制造技术兼二者优势取之。本文阐述了增材制造及增减材复合制造的概况,以齿轮泵腔体加工实例说明了增减材复合制造技术的工艺,总结了增减材复合制造技术的现状及不足,提出了增减材复合制造技术需解决的关键问题,便于深入研究。     

增减材制造的复合加工工艺规划研究

针对在采用增减材复合制造技术加工复杂零件时存在的欠工艺规划问题以及工艺规划优化问题,重点提出了一个基于增减材制造的复合加工工艺规划算法,通过执行零件分割、建造方向确定、增减材操作序列建立和操作序列优化4个步骤,最终生成一个时间最优的可行操作序列,能够实现复杂零件的精确加工。并进行了实验案例研究,其结果验证了提出算法的可行性和先进性。     

电弧微铸锻增材制造AlMgSc合金纵扭复合超声振动干铣削加工特性研究

对电弧微铸锻增材制造AlMgSc合金进行纵扭超声复合干铣削加工特性试验研究,探讨超声铣削工艺参数对切削力、表面形貌、加工硬化及刀具磨损等AlMgSc合金干铣削成形特性的影响规律。结果表明：与锻造和常规电弧增材成形铝合金相比,微铸锻增材制造AlMgSc合金由于具备更加致密的微观组织、更高的强度和硬度而在超声干铣削成形过程中会产生更大的铣削力,更容易发生加工硬化。与常规干铣削相比,采用纵扭复合超声干铣削可以获得更小的表面粗糙度,并有利于减轻刀具磨损。     

电弧增材制造与铣削复合加工系统与工艺研究

针对目前电弧增材制造过程中存在的设备成本高和零件成形效果较差等问题,设计出一种电弧增材制造与铣削的复合加工系统与工艺。该工艺结合了电弧增材制造和铣削加工的特点,通过对成形工艺和机械运动的研究,有效地避免了干涉问题。同时,采用自主开发的专用软件对路径规划和焊接参数进行控制,简化了机械运动的控制方法。实例分析表明,该系统能够很好地实现复合铣削的电弧增材制造,为提高零件增材制造效率和成形质量提供了一种新的有效途径,验证了该项工艺技术的可行性和有效性。     

等离子熔积/铣削复合直接制造高温合金双螺旋整体叶轮

采用等离子熔积与铣削复合制造技术，在等离子熔积成形过程中复合铣削精整，试制了难加工高温合金双螺旋整体叶轮样件，其组织性能和力学性能均高于采用传统工艺加工获得的叶轮。该技术解决了现有高能束熔积成形技术因无支撑和台阶效应造成的尺寸精度和表面质量不高的瓶颈问题，是难加工材料零件短流程、低成本、高质量无模精确制造的新的有效加工方法。     

桌面增减材复合机床的虚拟装配与装配精度检测

基于增材制造技术和减材制造技术的优势,以及微小零件的加工制造需求,设计了1台桌面型增减材复合机床。使用三维建模软件进行机床的结构和参数化设计,并进行了机床的虚拟装配,确保了机床实体的可装配性。针对构建的桌面增减材复合机床原型系统,以螺栓连接为对象,通过实验,分析了螺栓拧紧力矩对机床定位误差的影响,找到合理的拧紧力矩值,提高机床的装配精度和可靠性。     

高温合金蜂窝芯高速铣削材料去除机理与损伤行为

高温合金蜂窝芯材料具有高比刚度、轻质和能量吸收特性好等优异性能,被视为下一代高超声速飞行器热防护结构极具潜力的材料。高速铣削是高温合金蜂窝芯零件成型过程中重要的减材制造工艺,在蜂窝芯材料高速铣削时,蜂窝芯材料面内刚度低且高温合金塑性好,较小的切削力就会使蜂窝壁产生较大的塑性变形,导致蜂窝芯加工精度较低、加工损伤难以控制,对后续焊接、装配等工序产生不利影响。基于有限元仿真对蜂窝壁切削材料去除机理进行了深入研究,探索了铣削参数、刀具类型和铣削方式对铣削过程中铣削力和加工损伤的影响。研究结果表明,蜂窝壁切入角是影响蜂窝芯材料切削加工过程中瞬时应力分布和成屑机理的关键性因素。得到了铣削参数、刀具类型和铣削方式对高温合金蜂窝芯加工过程中加工损伤的影响规律。对于铣削参数,过大的进给量会导致芯格变形等加工损伤,降低切削速度会提高微小毛刺等加工损伤发生的频率;本文采用的三种刀具的对比结果表明,立式铣刀加工质量最好。插铣方式会产生明显的轴向冲击,而侧铣方式可以有效避免轴向冲击。研究成果为高温合金蜂窝芯低损伤高性能加工提供了理论依据和工艺技术储备。     

一种增材与减材复合制造机研究

为了综合增材制造与减材加工的优点,研制了一台熔融增材制造与铣削减材复合加工机,采用龙门结构,总体尺寸为700 mm×640 mm×780 mm。该机床有3个直线轴和一个回转轴,控制系统采用MACH3控制系统。机床结构采用有限元软件Abaqus进行了优化和分析,并制造了样机。针对PEEK材料脊柱融合器,在该样机上进行了增材与减材制造,验证了所研发机床的性能以及该复合制造机床在医疗PEEK材料增减材制造的潜力。     

激光选区熔化成型件铣削表面粗糙度预测模型及参数优化研究

针对激光选区熔化(SLM) 316L不锈钢成型件表面质量无法满足装配精度,仍需进行铣削加工的要求,设计正交试验方案,并将铣削路径与激光扫描路径的夹角作为表面粗糙度影响因素之一,利用多元回归分析法,建立铣削参数预测模型,并对该模型进行回归方程和回归系数显著性检验,结果表明,夹角、每齿进给量、铣削速度和铣削深度对表面粗糙度的影响均显著,但夹角的显著性F检验结果仅约为每齿进给量检验结果的1/8。模型的预测结果可为SLM复杂结构件在加工中提供铣削参数选择依据,并为增减材制造提供理论基础。最后使用粒子群算法,找到最佳的铣削参数,从而提高加工的表面质量。     

德玛吉森精机

正LASERTEC 65增材制造(AdditiveManfacturing)增材制造(3D打印)技术是一项全新的高度复杂和个性化的生产方式,德马吉森精机(DMG MORI)凭借LASERTEC 65增材制造工艺,推出了一台复合机床,该机床将创成式激光堆焊技术集成到一台全功能的5轴铣床中,实现激光堆焊和铣削加工质量的增材生产方式。该台机床通过粉末喷嘴进行激光堆焊与铣削加工共同构成独特的复合技术,为用户提供全新的应用。其在生产中通过粉末喷嘴进行金属堆焊,速度比粉床方式快近20倍。     

人工骨3D打印与铣削复合加工研究

针对人工骨高效精密制造的需求,展开PEEK材料人工骨高效3D打印与精密铣削复合加工研究。基于响应面方法,以PEEK材料人工骨制造的高储能模量、高效率、低耗材和高表面质量为目标,建立FDM型3D打印与铣削工艺参数的响应值回归数学模型,并据此进行工艺参数优化。得出3D打印最优参数组合为:层厚0.43 mm,内部填充密度55.05%,外周轮廓1.39圈。铣削最优参数组合为:背吃刀量0.2 mm,主轴转速3 500 r/min,进给量0.06 mm。进一步的复合加工试验验证了所构建的数学模型及优化的参数。该研究为PEEK材料人工骨的高效精密制造提供了一种复合加工方法,并奠定了复合加工的工艺参数基础。     

基于增减材制造技术的复杂零件一体化加工方法研究

随着人类对机械零部件精度要求、复杂程度也越来越高,推动了智能制造技术不断更新换代,增减材制造一体化应用作为一种新的加工方法,其融合了增材制造不受零件外形限制和减材制造几何精度高的优点,为叶轮等复杂零部件的结构优化和高精度加工提供了全新的技术方案。本文通过增材制造与数控多轴加工工艺比较,分析了增减材一体化应用的工艺优势,并以叶轮加工为例,对该工艺方法进行了实践研究。     

增减材复合制造加工FDM薄壁样件研究

研究了增减材复合制造加工熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)薄壁零件的方法.结合增材制造和减材制造,改造传统独立双喷头3D打印机,修改右侧喷头为数控铣刀,在3D打印模型切片时对模型外轮廓进行识别和处理,生成数控加工代码,自动集成到3D打印G代码中,可对薄壁零件进行直接打印,并获得高...     

增减材复合机床开发及应用研究项目

正随着科技突飞猛进的发展,国内外工业自动化迅速发展,增材制造的制造方式正逐渐从概念走进工业实践,其广泛的应用令人对它未来的市场空间产生无限联想,甚至被誉为是引领第三次工业革命的新兴技术。发达国家纷纷将增材制造、增减材复合制造作为未来产业发展新的增长点加以培育,制定了发展增材制造、增减材复合制造的国家     

等离子熔积成形与铣削光整复合直接制造金属零件技术

针对国内外现有的金属直接快速制造技术中存在的制件表面质量不高的瓶颈问题,开发了在制造过程中将等离子熔积增材成形与铣削光整减材复合的金属零件直接快速制造方法。研究该复合制造工艺参数对熔积成形性和形状特性以及热态干铣削刀具和工艺的影响规律,找到合理的工艺条件并用其试制出金属零件原型,为改善快速原型表面质量提供了有效的途径。     

铣削粉末冶金高温合金FGH95时工件温度的研究

镍基粉末高温合金具有屈服强度高、疲劳性能好等优点,是制造新型发动机涡轮盘的理想材料,工件温度是引起工件各种形式热损伤的主要因素,本文研究铣削粉末冶金高温合金FGH95时工件的瞬态温度。对铣削过程进行合理简化,基于移动热源法建立粉末冶金高温合金铣削时工件温度的解析模型,研究铣削速度对工件温度的影响规律。通过铣削试验对工件温度模型的有效性进行验证,试验结果表明建立的二维工件温度解析模型能正确预测铣削高温合金时工件加工表面的温度分布。     

晶粒细化对K4169高温合金切削加工性能的影响

对比研究了高温合金样件晶粒度对其加工性能的影响。主要对晶粒细化情况和细化晶粒后高温合金加工性能的变化情况分别进行实验研究,重点通过铣削力测试和加工后表面粗糙度测试实验,分析晶粒大小不同的高温合金试样加工性能变化,以此说明晶粒细化的实际意义。实验结果显示,晶粒细化可使铣削力降低50%多,表面粗糙度Ra可从最初的3·135μm减小到0·83μm。因此得出通过细化晶粒组织可以有效提高高温合金的加工性能。最后对实验结果进行了分析,并对主铣削力与晶粒大小的关系进行了曲线拟合,得出主铣削力与晶粒大小关系近似服从三次多项式。     

GH536高温合金的铣削力仿真分析

GH536镍基高温合金常用于制造涡轮发动机热端部件,为了解GH536高温合金的铣削过程,减少切削力对刀具和加工表面质量的影响,对GH536高温合金的铣削过程进行仿真分析,首先采用拉伸仿真与试验相结合的方式获取了GH536高温合金断裂准则参数;在DEFORM中建立针对GH536高温合金的铣削力仿真模型;接着建立铣削试验平台,通过铣削试验与铣削仿真结果的数据对比验证模型的准确度;最后通过设计单因素仿真试验研究铣削参数对铣削力的影响。结果表明:铣削速度对铣削力的影响最大,与铣削力成正相关;其次为每齿进给量和铣削宽度,与铣削力成正相关;影响最小为铣削速度,与铣削力成负相关。