基于RCF105合金材料激光熔覆薄壁件的制造工艺研究

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目前,薄壁件已经在日常生活中有广泛的应用,但传统的加工方式存在着材料利用率较低,加工后形状误差较大等问题。基于激光熔覆的薄壁件制造技术,即激光直接制造技术,是目前新兴的先进制造技术,属于增材制造的一种实现方式。由于加工过程是经过电脑CAD设计后导入工作机器人直接进行熔覆加工工作,使得熔覆件的整体加工过程更加可控,保证工件的较高精度,同时在制造的过程中,原材料的损耗较少。本文围绕利用铁基粉末进行激光熔覆薄壁件展开研究,分析激光熔覆多种薄壁件的具体加工工艺。论文的主要研究内容包括:(1)基于Fe105金属粉末分别进行单道单层单因素实验以及正交试验,分析加工因素:激光功率,送粉速度,扫描速度以及保护气流速对于加工单道单层熔覆件的影响,利用单道单层单因素实验以及正交试验方法选出最优化加工参数。同时对于正交实验的结果进行数值分析,利用极差分析的方法,得出各加工因素对于激光熔覆的熔覆件熔高、熔宽以及形状系数的影响。(2)在单道单层实验已得出的数据基础上,进行单道多层的熔覆实验。由于薄壁件分为直壁型薄壁件以及环状薄壁件。首先,对于直壁型薄壁件进行分析研究,讨论在两种熔覆方式以及在三种不同的Z轴提升量Δz下,最优的熔覆方式以及Δz数值。通过整体熔覆效果,截面分析以及整体薄壁件的形状系数等分析方式,进行最优化选择。最终确定,当Δ z=0.197mm,采取反向搭接方式,得到的薄壁件质量最优。对于环状的薄壁件,首先对其扫描轨迹进行优化,优化后的扫描轨迹分为正向以及反向两种方式。同样,对其采用两种熔覆方式以及三种不同Z轴提升量Δz的实验测试。最终发现,采取同向热搭接方式,同时在理论最优提升量下Δz=0.197mm时,进行熔覆的薄壁件成型质量最好。(3)对于激光熔覆倾斜表面的薄壁件,首先从理论上设计三种不同的薄壁件:直壁倾斜薄壁件、圆弧向内倾斜的薄壁件以及圆弧向外倾斜的薄壁件的理论数学模型,利用Matlab软件进行仿真分析,得出圆弧向内倾斜的薄壁件极限角度最大,圆弧向外倾斜的薄壁件极限角度最小的结论。(4)在激光熔覆倾斜表面的过程中,得出相应薄壁件的高度、宽度以及形状系数值,再通过已得到的数据利用方差分析的方法,得出水平偏移量的大小对于整体熔覆件有较大影响的结论。其中水平偏移量对于熔覆件的高度稳定性影响要大于对其宽度稳定性的影响。同时,在相同的倾斜角度下,对于圆弧向内倾斜薄壁件的影响最小,对于圆弧向外倾斜的薄壁件的影响较大等一系列关于激光熔覆薄壁件的结论。
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