叶轮零件增减材复合加工工艺规划及虚拟仿真加工研究

针对叶轮零件结构复杂、加工难度大等问题,对其结构及工艺特点进行分析,制定增减材复合加工工艺规划,并基于NX软件设计增材和减材加工的刀具轨迹,最后通过在VERICUT中构建的虚拟仿真系统对加工过程进行仿真,验证增减材复合加工工艺及NC程序的正确性。虚拟仿真加工结果表明,该方法可为复杂零件高效、高质量加工提供一种新的思路和参考。

微型增减材复合加工机床设计及虚拟加工研究

针对复杂微小型零件增减材加工中存在的问题,设计了微型增减材复合加工机床,基于UG软件对机床结构进行设计和建模,确定机床主要参数及关键零部件。采用Arduino开发板构建低成本的控制系统。最后通过VERICUT平台构建该机床的虚拟加工系统,并以一壳体零件为样件进行仿真加工。仿真结果表明:该微型机床能够到达增减材加工中的所有刀具点位,机床结构设计合理,具备增减材混合加工能力,满足设计要求,能够为该类机床的设计及优化提供参考依据。

增减材复合加工TC4高精度孔试验对比研究

目的提升增材制造钛合金孔的表面精度和质量。方法在一定的切削速度下,通过改变进给速度,对比分析经选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形的试样采用直接钻削和成形预制孔后再钻削的加工方式后,试样的表面质量、尺寸精度和切削力信号等的变化情况。结果SLM成形原始孔的实际尺寸普遍小于理论尺寸,主要原因是其存在塌陷区域和粉末黏附区。采用进给速度20 mm/min并配合SLM成孔后再加工的方式,得到的孔结构的加工质量表现相对最好,毛刺相对最少,尺寸误差最低达到了22μm,且轴向切削力整体最低,最大切削力下降了约29%,平均切削力下降了约61%。经增材制造成形再进行钻削加工后,其整体切削力显著低于对增材板件直接钻削的切削力,且前者切削力的波动相较于后者更大,并具有一定的周期性。经SLM成孔后,再采用钻削加工后,刀具更加耐破损,但是其耐磨损性较差,主要原因是刀具与残留在原始孔周围的金属粉末相互摩擦,加剧了刀具的磨损。SLM成孔后再钻削加工方式会产生离散的粒状和节状切屑,且其尺寸普遍较小,宽度为30μm左右,切屑可以被有效排出,减少了积热;在直接加工方式下主要为带状切屑,切屑连续且尺寸较大,宽度为300μm左右,这不利于切屑的排出,导致刀具排屑困难、积热严重。结论增减材复合加工TC4钛合金可以获得高精度孔,且其尺寸误差最低为22μm。

增减材复合加工零件残余应力和变形研究

为了改善增减材复合加工零件的残余应力和扭曲变形,提高零件的加工精度和表面质量,开发了一种基于Simufact Welding有限元软件的仿真方法。利用Simufact Welding软件,模拟了激光增材过程中,激光功率、扫描速度和光斑直径对整个零件残余应力分布的影响。利用X射线应力测定仪,测定了增减材复合加工零件内外表面残余应力的分布情况。利用MATLAB拟合了试验数据,绘制了残余应力三维等高线图,发现了其分布规律。该规律一定程度上反映了增减材复合加工零件变形的根本原因。使用相同的工艺参数,残余应力仿真结果与试验测得的残余应力吻合良好,误差小于10%。

激光选区熔化/干式铣削复合加工实验研究

为研究激光选区熔化增材与干式铣削减材复合加工中的工艺交互作用对零件成形质量的影响,以316L奥氏体不锈钢粉末为研究对象,分别采用单一增材工艺和“增材-减材”交替复合加工工艺制备试样,分析成形区的致密度、残余应力。实验结果表明,在制件致密度和残余应力方面,以上两种加工方法均受到激光能量密度的影响且规律相似。此外,复合加工中的铣削减材工艺会对成形样件的致密度和残余应力造成影响,在激光能量密度设置为100 J·mm^(-3)和125 J·mm^(-3)时,铣削减材工艺可以明显提高致密度并降低残余应力水平。