微束等離子弧外填絲快速成形工藝研究.pdf

1、微束等離子弧（MPA）快速成形（RP）采用低于30A的等離子弧作為熱源，金屬焊絲作為填充材料，依逐層累加的原理實現(xiàn)金屬的直接成形。本文以平板一維約束下的MPA-RP為研究對象，以優(yōu)化成形工藝、提高成形質(zhì)量為目標，在搭建實驗系統(tǒng)與確定成形參數(shù)的基礎(chǔ)上建立了多重堆積層間尺寸預(yù)測模型，研究并優(yōu)化了道間搭接工藝。最后，采用數(shù)值模擬的方法以翹曲變形最小為目的，對多重堆積層間與道間堆積路徑進行優(yōu)化，確保成形質(zhì)量。
　　首先，設(shè)計并實現(xiàn)了快速成

2、形實驗系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由三維運動平臺、焊接設(shè)備、堆積層尺寸檢測設(shè)備及相應(yīng)控制軟件組成。完成相關(guān)設(shè)備標定，確定送絲速度v2、堆積電流I與堆積速度v1工藝參數(shù)間成形匹配關(guān)系。確定多層堆積層間溫度為100℃。
　　針對于單道多層堆積，采用二次正交回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計的方法建立堆積各層尺寸與上述工藝參數(shù)及層次數(shù)n之間的二次回歸方程模型。采用統(tǒng)計性檢驗的方法驗證該方程模型對多層堆積尺寸預(yù)測的有效性。以此為基礎(chǔ)進行定寬度變參數(shù)下的單道多層堆積成形實

3、驗。堆積層與模型最大偏差為7％且出現(xiàn)于第一層，模型預(yù)測與實際堆積結(jié)果吻合效果良好。
　　建立多道單層成形軌跡搭接模型，分析軌跡截面寬高比λ、道間距l(xiāng)對搭接率η和成形質(zhì)量的影響規(guī)律。進行不同寬高比λ下的搭接實驗，實驗結(jié)果與理論推導(dǎo)一致表明：提高寬高比λ有利于成形質(zhì)量的提高，λ>4搭接時成形缺陷大大降低，搭接層上表面平整度提高。寬高比λ對成形質(zhì)量的影響是由于不同λ下加熱區(qū)域及金屬填入狀態(tài)不同所致。當(dāng)寬高比增大時，因液態(tài)金屬表面張力及加

4、熱區(qū)域的變化導(dǎo)致了搭接層上表面平整度的提高。
　　為優(yōu)化實際堆積路徑、減小堆積變形，基于MSC.Marc數(shù)值模擬研究了一維平板約束下多重堆積層間與道間堆積方向?qū)寮岸逊e層溫度、應(yīng)力分布和翹曲變形的影響。不同路徑下堆積時不同的加熱循環(huán)特點使殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)不同，最終產(chǎn)生了不同的翹曲變形。經(jīng)對比分析，多重堆積時，層間交錯異向優(yōu)于同向堆積，道間往復(fù)異向優(yōu)于同向堆積。
　　最后，將優(yōu)化后的路徑與多層堆積層高落差累積綜合優(yōu)化后進行