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(diǎn)，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(shì)和適用范圍，在輕合金的增材技術(shù)上存在較多的問(wèn)題。攪拌摩擦增材制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在輕合金增材方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，但仍存在材料利用率低、加工余量大等問(wèn)題，因此，開(kāi)發(fā)一種小余量甚至無(wú)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(duì)鋁合金進(jìn)行增材制造。本文設(shè)計(jì)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(jì)的增材系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了2024-T4鋁合金的無(wú)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(zhǎng)。
　　本文對(duì)靜軸肩攪拌摩擦增材成形因素進(jìn)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(jìn)速度為30mm/min時(shí)，增材區(qū)成形較好，無(wú)缺陷，界面遷移量較小，增材寬度較大。增材厚度較大時(shí)，增材區(qū)容易產(chǎn)生缺陷；攪拌針長(zhǎng)度4mm、增材厚度3mm時(shí)，增材區(qū)成形良好，表面無(wú)缺陷；多層同向增材與逆向增材對(duì)增材區(qū)成形影響不大。約束狀態(tài)對(duì)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(shí)，增材區(qū)不易變形，增材過(guò)程較穩(wěn)定，有利于控制與預(yù)測(cè)增材區(qū)形狀，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)余量增材制造，應(yīng)盡量減小基材寬度。
　　同時(shí)，對(duì)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(jìn)行了研究。硬度試驗(yàn)表明，增材前進(jìn)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(duì)均勻，垂直方向上顯微硬度存在梯度。拉伸試驗(yàn)表明，不同厚度位置水平拉伸強(qiáng)度差異較大，