变位磁场强度对电弧熔积中电弧和熔池传热与流动的影响

目的研究变位磁场强度对变位磁场作用下电弧熔积中电弧和熔池传热与流动的影响规律与机理。方法基于流动动力学方程(麦克斯韦方程组、动量守恒方程、连续方程、能量守恒方程),建立了变位磁场作用下TIG电弧-熔池耦合的数值模型,对比分析了外加不同强度的变位磁场对电弧与熔池传热传质的影响规律与机理。结果外加变位磁场使电弧发生偏移,电弧等离子体具有偏向一侧与旋转的流动趋势,熔池的整体形貌向x正方向与y负方向发生偏移,熔池除了具有中心向外流动趋势以外,还具有偏向一侧与围绕中心旋转的趋势。随着变位磁场强度的增大,电弧与熔池整体形貌偏移量增大且偏向一侧与围绕中心旋转的趋势增强。结论外加变位磁场可使电弧发生偏移,且变位磁场强度增大,电弧与熔池整体形貌偏移量增大。

基板厚度对电弧熔积成形应力场及基板翘曲变形的影响

使用ANSYS有限元软件模拟研究了不同厚度基板下电弧熔积成形过程中的温度场、应力分布和基板的残余翘曲变形。计算结果表明:随着基板厚度的增加,成形件第一主应力的大应力区域面积逐渐缩小,成形件纵向残余应力最大值略有波动但相对稳定,基板翘曲变形减小,基板厚度对成形件变形和精度的影响也越来越小。模拟结果与试验测量结果具有良好的一致性,研究结论对电弧熔积增材成形工艺合理选择基板厚度具有理论和实际的指导意义。

电磁场对电弧熔积快速成形温度场及残余应力的影响

为了研究在电弧熔积快速成形过程中附加电磁场之后成形工件表面温度场发生的改变,以及温度场变化对成形件造成的影响,使用红外热像仪对附加电磁场前后的电弧熔积成形过程进行了实时拍摄,并用X射线衍射测应力法对得到的成形件表面残余应力进行了测量。结果表明,附加磁场后,成形件表面温度场各温度区域尺寸扩大,熔积层表面所经历的最高温度升高,冷却速度减缓,成形件表面的纵向及横向残余应力均减小。

大悬臂回转体金属零件的熔积增量成形技术

在具有倾角曲面或悬空特征的、复杂金属零件的直接增量制造中,无需支承的LENS与HPDM技术可省去因设立支承带来的诸多不便,在制造高性能和梯度功能材料零件方面独具优势;但尚未有效解决大悬臂复杂形状零件成形过程中的流淌问题。为此,本文提出基于骨架特征的变方向无支承制造技术,以改善制造效果。采用高效低成本的电弧熔积五轴直接成形制造系统,完成了大悬臂零件的直接成形制造。试验结果表明,该技术可用于此类零件的增量成形,为无支承增量成形技术在复杂悬臂结构零件的精确数字化熔积制造中的应用提供了有效途径。

基于数学模型的焊接熔积速度对熔池枝晶间距及生长方向的影响

基于数学模型,建立可以模拟柱状晶在任意主轴方向生长C A模型。结合有限体积法宏观温度场,创建一种改进的宏微观耦合方法。模拟碳钢电弧熔积在该模型下组织演变,讨论了熔池枝晶间距、生长方向与熔积速度的关系。结果表明计算模型设置合理。

电弧微铸轧复合增材新方法制造高强度钢零件

利用研究室自主研发的电弧微铸轧复合增材制造系统,无模直接成形出熔铸成形性和可焊性极低的45钢大壁厚差高强度零件,并在自由熔积和微铸轧复合两种工艺条件下进行对比试验,分析测试了45钢试样的组织特征和力学性能。结果表明:与自由熔积成形相比,微铸轧复合工艺将晶粒粒度由5.5级细化至12.0级,抗拉强度提高31.3%,屈服强度提高68.8%,平均硬度提高10.9%;与熔模铸造相比,微铸轧复合工艺将抗拉强度提高58.4%,屈服强度提高107.7%。因此,微铸轧复合增材制造技术将为难成形加工材料高强韧金属零件的低成本优质短流程制造提供一条有效途径。

电弧微铸锻复合增材制造Safra 66铝合金组织及性能的研究

利用电弧微铸锻复合增材制造装置直接成形了Safra 66铝合金制件,对电弧自由熔积成形与电弧微铸锻复合成形的Safra 66铝合金的组织特征和力学性能进行测试和分析,对比研究了微铸锻复合成形的断口形貌。结果表明:与自由熔积成形相比,微铸锻复合成形工艺可使Safra 66铝合金的组织更加均匀,晶粒得到整体细化,屈服强度提高31.1%,抗拉强度提高11.3%,伸长率提高20.0%,平均硬度提高15.5%。

面向WAAM无支撑制造大悬臂的自适应切片

为满足多轴送丝电弧熔积增材制造(WAAM)无支撑制造大悬臂结构的需求,提出一种厚度和方向均可变的自适应切片算法.首先通过层间相对悬臂长度的计算,进行大悬臂结构识别;然后对位置和方向分别进行二分迭代优化和主成分分析(PCA)迭代优化,确定分段平面,分解大悬臂结构为微悬臂子结构;最后对子结构进行平行切片,产生均匀切片以满足工艺制造需求.相比于现有的最小包围球冠和质心轴法,该算法的相对悬臂长度和悬臂角更小,分段子结构的数量也更少,具备更佳的可制造性和更高的制造效率.实例证实了算法的有效性.