金属送粉增/减材复合加工零件成形工艺研究

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增/减材复合加工制造技术是一种将数控加工与增材制造有机集成的新技术,不仅具有工艺简单、成本低、易于加工复杂形状零件等增材加工的优点,还具有加工精度高,表面光洁度好等减材加工的优点,因而具有极其广阔的应用。本文基于激光熔覆同轴送粉对增/减材复合加工零件成形工艺进行深入研究。具体内容如下:(1)进行ABAQUS温度场仿真,探究单道单层、单道多层激光熔覆过程温度变化规律,并通过改变不同熔覆层的激光功率、扫描速率来优化熔池尺寸以获得较好的熔覆质量。(2)基于激光同轴送粉增材制造加工技术,对单道单层熔覆层质量的影响因素进行深入探究。先后进行单因素试验和正交试验。通过单因素试验探究送粉速率、激光功率、扫描速度等主要工艺参数对熔覆层高度、宽度、深度以及形状系数和稀释率的影响规律,并利用超景深显微镜对熔覆层横截面的微观组织进行观察。根据单因素试验结果确定合理的工艺参数范围进行正交试验。通过极差法、方差法分析正交试验结果,并得到最佳的工艺参数匹配控制策略。针对熔覆层宽度、高度进行回归分析,并进行了验证试验。(3)基于增/减材复合加工技术,对成形薄壁试样进行机械性能方面的探究。通过单道熔覆80层后立刻对两侧进行减材铣削制得增/减材复合成形薄壁试样,铣削当前温度为250±50℃。采用正交试验探究送粉速率、激光功率、扫描速度等不同工艺参数对增/减材复合成形薄壁试样残余应力和拉伸性能的影响。基于最小二乘法对抗拉强度、屈服强度和伸长率等拉伸性能进行回归分析,并通过MATLAB遗传算法对拉伸性能进行单目标以及多目标优化,得到最优的工艺参数组合并进行了验证。(4)通过退火热处理试验,探究不同热处理温度对薄壁试样微观组织、拉伸性能、断口形貌和残余应力的影响规律,得到最佳的热处理工艺方案。
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