基于靜軸肩攪拌摩擦焊的增材制造技術(shù)研究.pdf

1、增材制造技術(shù)是一種快速發(fā)展的新興技術(shù)，因其在復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造和小批量生產(chǎn)方面具有低成本、高效率等優(yōu)點，受到廣泛關(guān)注。常用的金屬增材制造方法有激光、電子束和電弧增材制造，3種方法各具的優(yōu)勢和適用范圍，在輕合金的增材技術(shù)上存在較多的問題。攪拌摩擦增材制造技術(shù)應(yīng)運而生，在輕合金增材方面獨具優(yōu)勢，但仍存在材料利用率低、加工余量大等問題，因此，開發(fā)一種小余量甚至無余量的固態(tài)增材制造方法十分必要。本文基于靜軸肩攪拌摩擦焊原理，提出采用綠色、環(huán)保的靜軸肩

2、攪拌摩擦焊方法對鋁合金進行增材制造。本文設(shè)計的靜軸肩攪拌摩擦增材制造系統(tǒng)由靜止軸肩系統(tǒng)、增材成形工具和專用夾具組成；采用自主設(shè)計的增材系統(tǒng)基本實現(xiàn)了2024-T4鋁合金的無余量增材制造，成形良好，證明了靜軸肩攪拌摩擦增材制造的可行性；隨著增材層數(shù)的增加，有效增材寬度和增材率減小，材料有效利用率逐漸增加，總增材高度呈非線性增長。
　　本文對靜軸肩攪拌摩擦增材成形因素進行了較系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明，錐形攪拌針成形工具配合滾輪碾壓式軸肩有

3、利于增材成形。單層增材區(qū)寬度及界面遷移高度隨著行走速度的增加而減小，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加；界面遷移深度隨著行走速度的增加而逐漸增加，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而減小。旋轉(zhuǎn)速度為600rpm，行進速度為30mm/min時，增材區(qū)成形較好，無缺陷，界面遷移量較小，增材寬度較大。增材厚度較大時，增材區(qū)容易產(chǎn)生缺陷；攪拌針長度4mm、增材厚度3mm時，增材區(qū)成形良好，表面無缺陷；多層同向增材與逆向增材對增材區(qū)成形影響不大。約束狀態(tài)對靜軸肩攪拌摩擦增

4、材成形有重要影響，寬板約束不利于增材成形，增材區(qū)變形大，易產(chǎn)生缺陷；窄板約束增材時，增材區(qū)不易變形，增材過程較穩(wěn)定，有利于控制與預(yù)測增材區(qū)形狀，為了實現(xiàn)無余量增材制造，應(yīng)盡量減小基材寬度。
　　同時，對鋁合金靜軸肩攪拌摩擦增材塊體材料的成形、組織及性能進行了研究。硬度試驗表明，增材前進邊硬度略高于返回邊，頂層硬度高于底層，同一水平位置顯微硬度分布相對均勻，垂直方向上顯微硬度存在梯度。拉伸試驗表明，不同厚度位置水平拉伸強度差異較大，