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。

等离子熔积直接成形高温合金件组织结构研究

采用多种分析工具对等离子熔积直接成形高温合金件的微观组织和相组成进行了深入研究.光学显微镜和扫描电镜结果显示等离子熔积直接成形高温合金工艺具有快速凝固特性,其微观组织比真空铸造件细小且致密,熔积层无分层、气孔、夹杂等缺陷;电子探针测试表明熔积层成分比真空铸造件明显均匀、偏析小;利用X射线衍射分析了高温合金件在真空铸造和熔积前后的物相,结果表明,合金的主要强化相均为γ/γ′,熔积层残余应力较真空铸造件大.等离子熔积直接成形组织结构能够满足高温合金零件的要求,优于现有的真空铸造工艺,具有良好的实用价值.

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。

等离子熔积高温合金件表面激光气化光整研究

针对高温合金零件机械加工周期长、刀具损耗大的难点,开发采用高功率调Q激光对高温合金零件进行表面光整的方法。通过系统研究分析激光表面去除加工的激光功率、调Q频率、扫描速度、保护气体气压等主要工艺参数对高温合金零件表面光整加工质量的影响,获得适于高温合金件的表面光整条件,采用此条件光整加工得到表面质量好的高温合金零件,为等离子熔积成形快速直接制造高温合金零件提供技术基础。

等离子熔积直接成形GH163高温合金零件组织研究

采用多种分析工具对等离子熔积直接成形GH163高温合金零件的微观组织和相组成进行了深入研究。根据金属凝固过程的晶体生长理论,分析多层熔积试样的组织特征,成分偏析及析出相的特征。比较分析了分别采用真空精密熔模铸造法和等离子熔积制造法成形的高温合金零件的组织与成分。结果表明:等离子熔积直接成形高温合金工艺具有快速凝固特性,与真空铸造件相比,其微观组织均匀、偏析小,晶粒细小且致密,熔积层无分层、气孔、夹杂等缺陷。

等离子熔积成形混相瞬态场的Level-Set方法模拟

提出了一种二维等离子熔积成形瞬态模型,该模型描述了液/气界面的自由表面发展,并模拟了熔池内流体流动和传热.采用Level-Set方法处理液/气界面边界条件,考虑了熔体流动的主要驱动力———表面张力梯度、表面曲率、浮力以及工件表面的对流散热等因素.用固液相统一模型来描述固/液界面处的熔融和凝固过程,并开发了相应的软件,对高温合金K163在不同扫描速度下的熔积层表面形貌、温度场以及熔池内流场进行了模拟分析.

等离子熔积成形过程的温度场有限元模拟

建立了等离子熔积成形过程移动热源和动质传热的三维有限元数学模型,进行了该过程温度场的模拟分析.模拟结果表明,等离子熔积成形的温度场具有时空交变与不均匀分布的特性,随着熔积层数的增加,零件温度均匀化程度提高,冷却速度下降;但随着冷却速度下降,易产生流淌,影响成形性.最后通过对温度场的实验测定,模拟结果与实验结果基本符合,证明了熔积成形模拟计算模型的合理性.

面向复杂梯度材料模具等离子熔积制造的建模与轨迹规划

为满足复杂功能梯度材料(FGM)模具设计和制造的需求,提出了基于非均匀梯度源的体素建模和双数据模型驱动的轨迹规划新方法。双数据模型中的STL模型用于梯度源设计和几何轨迹生成,体素模型用于材料分布设计和FGM表征建立。通过几何轨迹离散和材料信息检索与融合,生成了熔积成形轨迹。新方法不仅具备多个局部复杂参考特征同时描述的能力,还使得成形轨迹兼具几何精确快速和材料分布复杂的特点。最后通过汽车翼子板模具实例验证了算法的有效性。

等离子熔积直接成形翼子板模具过程温度场数值模拟

利用有限元分析软件AYSYS,对汽车翼子板功能梯度材料模具的等离子熔积成形过程温度场进行了数值模拟。计算结果表明,温度场呈周期性变化,且随着成形件平均温度的升高,温度分布趋向均匀;在沟槽区域,梯度材料平均温度较均质材料高约11%;最后通过对温度场实测,验证了计算结果正确性。

等离子熔积制造CAM系统中的路径规划研究

介绍了新型直接快速制造金属原型的等离子熔积制造 (PDM )及其CAM系统 ;分析了在快速成形中使用的几种扫描路径 ,并比较了它们的优缺点 ;阐述了在PDM中采用的路径规划方式 ,分区折线、轮廓等距偏移和两者的复合方式 ,并说明了其路径的生成方法。

面向等离子熔积直接制造的工控组态平台自动控制系统

分析了等离子熔积直接制造金属零件工艺的特点,开发了一种基于工控组态软件的等离子熔积直接制造自动控制系统。该系统满足多层熔积与表面光整复合成形工艺控制的要求,且开发周期短、成本低、开放性较好、易于操纵和维护。

等离子熔积成形过程中等距线填充算法研究

探讨了等离子熔积制造路径的特点,分析了等距线路径规划关键技术——干涉环的处理方法。依据干涉环求交、交点简化、存储方向变更与新环重构、重构环有效性判断等步骤,详述了处理二维干涉轮廓环的具体步骤和算法。为避免由于热效应产生的翘曲变形,路径在环绕扫描顺序上进行了优化处理。该算法在VC++平台上得到实现,并以汽车翼子板模具的复杂切片轮廓为例验证了算法的可行性。

等离子熔积成型特点及成型精度分析

介绍了等离子熔积成型技术原理。通过对等离子熔积成型技术的特点分析,从原理和成型过程两方面阐述了影响等离子熔积成型精度的主要因素。并针对各个因素提出了相应的措施。

梯度功能材料等离子熔积成形过程的Level-Set方法模拟

利用Level-Set方法与有限体积法(finite volume method,FVM)建立梯度功能材料(functionally graded material,FGM)等离子熔积制造(plasma deposition manufacturing,PDM)过程多相混态场统一模型;研究了在不同热输入功率下熔池形貌、温度场与流场以及溶质分布的变化规律.结果表明,热功率是影响梯度功能材料成分分布和性能的重要工艺参数.并用等离子熔积制造方法制备Al2O3-AISI316梯度功能材料,验证了模拟计算结果的正确性和可靠性.

等离子熔积制造中应力场的有限元分析

在等离子熔积制造中,随着热源不断移动,熔积层不断生长。由于等离子弧属于高能束热源,移动熔积过程中熔积层极冷极热,产生热应力,在冷却后仍有较大的残余应力,易产生热裂纹。研究影响等离子熔积成形应力场的熔积运动速率和冷却条件对热裂纹的控制有重要意义。采用有限元法分析了等离子熔积成形过程中的传热过程。根据高温合金的材料特性,选取不同的熔积运动速率,计算出成形过程中的热应力场。计算结果表明,随着熔积速率的增加,热应力峰值减小,应力场分布趋向均匀,冷却后得到的残余应力较小。

等离子熔积制备金属-陶瓷梯度材料过程数值模拟

采用FLUENT软件模拟了等离子熔积制备金属-陶瓷梯度材料,分析了不同热源功率下熔池形貌和流场特征,计算了功能梯度材料中陶瓷体积分数沿高度方向的分布,讨论了熔积层组分分布与熔池形貌和流场的关系,探讨了热源功率和热源移动速度对陶瓷梯度体积分数的影响。最后用等离子熔积成形法制备了Al2O3-不锈钢功能梯度材料,验证了模拟计算结果的正确性。

等离子熔积复杂金属零件的数字化制造方法

针对等离子熔积金属零件工艺特点,提出适应复杂形状金属零件的综合切片技术,包括适应单向生长、多向生长和渐变生长结构的等离子熔积制造需求的切片方法;引入具有全局优化特性的基于Voronoi图方法的轨迹规划技术,同时考虑自行研制的多轴数字化等离子熔积制造平台性能,提出了熔积电流和进给量等制造参数实时控制方法,通过帽形件和中空螺线管制造实验验证了该方法的有效性.本方法解决了等离子熔积复杂金属零件的支撑工艺问题,并通过再切片方法消除了熔积制造中的阶梯效应,提高了制造精度.为等离子熔积制造复杂形状金属零件提供了较为完整的数字化理论与技术支持.

等离子熔积直接制造小电流熔积枪的设计

针对等离子熔积金属零件直接制造的焊道精细和持续熔积时间长的要求,设计了小电流金属等离子熔积枪。熔积枪采用了环形凸台送粉通道,钨极中心定位环,直接水冷却压缩喷嘴等改进措施。等离子熔积焊道实验结果表明,小电流条件下焊道尺寸较小,焊道平整均匀,表面光洁度好。该型小电流熔积枪适用于金属零件的等离子熔积直接制造中,同时枪体、喷嘴、送粉通道和冷却通道的特殊设计可以保证熔积枪的持续稳定工作。

等离子熔积直接制造容积式送粉系统设计

针对现有送粉系统粉末均匀性差、难以准确计量、不能输送超细合金粉末的缺点以及等离子熔积直接制造需要送粉气流量小的特点,研制了一种容积式送粉系统.采用双电机传动,粉末的计量与输送分开.定量机构精确计量送粉流量,高速柔性刷将送粉腔中团聚的粉末打散并在送粉气作用下输送到熔池中.采用89S52单片机为控制核心,LED数码管显示送粉速率和粉末余量等状态信息,送粉参数既可通过人工设定,又可以由上位机控制.送粉测试和等离子熔积试验表明:送粉误差小于2%,送粉气流量小于0.15 m3/h.单道焊的熔积层高度与送粉速率存在线性关系.

金属模具的等离子熔积直接成形及精整加工

结合具体的金属模具制造,简要叙述了等离子熔积直接制造金属零件的基本工艺过程,并详细地介绍了该技术中的熔积成形和后续精整加工等主要工艺过程。