基于激光光內(nèi)同軸送粉的非圓滑過(guò)渡薄壁件快速成形研究.pdf

1、激光熔覆成形(LaserCladdingForming，LCF)技術(shù)是激光熔覆技術(shù)與快速成形技術(shù)的結(jié)合，目前已成為先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。目前LCF技術(shù)中成形所采用送粉方式多為光外側(cè)向送粉和光外同軸送粉，這兩種送粉方式在使用時(shí)出現(xiàn)一些不可忽視的問(wèn)題，如激光束與粉末耦合性差，金屬粉末利用率低等。
　　 針對(duì)光外側(cè)向送粉和光外同軸送粉的缺點(diǎn)，本課題組開(kāi)發(fā)了一種新型的光內(nèi)同軸送粉成形工藝，很好地解決了以上問(wèn)題。本課題對(duì)熔覆過(guò)程

2、中的能量分配形式和金屬粉末堆積方式進(jìn)行了分析，并針對(duì)現(xiàn)有光內(nèi)同軸送粉噴嘴及調(diào)節(jié)裝置的不足，做出了相應(yīng)的改進(jìn)。
　　 本課題使用改進(jìn)后的光內(nèi)同軸送粉噴嘴及調(diào)節(jié)裝置，研究和總結(jié)了激光功率、送粉速度、掃描速度和離焦量等主要工藝參數(shù)對(duì)送粉熔覆層形貌和成形質(zhì)量的影響規(guī)律，還進(jìn)行了變寬熔道成形試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)：(1)當(dāng)功率較低時(shí)，升高激光功率可以增大熔道高度和寬度；當(dāng)功率偏大時(shí)，升高激光功率對(duì)熔道高度和寬度影響不大。(2)當(dāng)送粉速率較小時(shí)，增

3、大送粉速率可以增大熔道高度和寬度；當(dāng)送粉速率較大時(shí)，增大送粉速率對(duì)熔道高度和寬度影響不大。(3)隨著掃描速度的增大，熔覆層的寬度和高度都會(huì)減小。其中熔覆層的高度明顯減小，而寬度稍有減小。(4)在負(fù)離焦?fàn)顟B(tài)下，隨著離焦量的增大，熔道高度會(huì)增大，熔道寬度會(huì)減??；在正離焦?fàn)顟B(tài)下，隨著離焦量的增大，熔道高度會(huì)減小，熔道寬度會(huì)增大。(5)在保證激光功率P、送粉速率Vf和D×Vs不變的基礎(chǔ)上，改變掃描速度和離焦量的配比進(jìn)行光內(nèi)送粉激光熔覆試驗(yàn)，最終

4、得到了高度穩(wěn)定，寬度變化均勻的熔道。
　　 本課題以四方形薄壁件為例，使用常規(guī)方法進(jìn)行了非圓滑過(guò)渡薄壁件的成形試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)因四方形薄壁件的拐角出現(xiàn)凸起而無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，針對(duì)這種問(wèn)題，提出了非圓滑過(guò)渡薄壁件成形的自修復(fù)效應(yīng)，并根據(jù)該效應(yīng)從兩方面改進(jìn)了試驗(yàn)方案：(1)使用X，Y軸聯(lián)動(dòng)方式掃描代替單一X，Y軸掃描方式；(2)使用負(fù)離焦?fàn)顟B(tài)代替正離焦?fàn)顟B(tài)。試驗(yàn)最終成功得到了四方形薄壁件。
　　 改進(jìn)試驗(yàn)得到的四方形薄壁件表