基于激光熔覆的三維金屬零件激光直接制造技術(shù)研究.pdf

1、本文開發(fā)了HUST-RP激光直接制造工藝控制軟件，并將其成功應(yīng)用于由CO:激光器、CNC控制單元、3軸加工機(jī)床、自動(dòng)送粉器、同軸送粉噴嘴及粉末回收裝置等設(shè)備構(gòu)成的開環(huán)控制激光熔覆直接制造系統(tǒng)中。通過組件劃分、“路徑插件”和“G代碼配置文件”等設(shè)計(jì)方案，HUST-RP具有良好的功能擴(kuò)展性，能夠用于DLF等多種激光快速成形技術(shù)的工藝控制。 在上述軟硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)上，本文進(jìn)行了大量的DLF工藝試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，采取合理的系統(tǒng)配置、優(yōu)化

2、的軟件控制及最佳的工藝參數(shù)范圍等綜合控制措施，即使不采用任何閉環(huán)控制手段，DLF工藝仍然可以獲得高質(zhì)量的成形效果。因此，在開環(huán)控制條件下進(jìn)行基于激光熔覆的三維金屬零件高質(zhì)量快速制造是完全可行的。 通過研究激光功率、掃描速度、搭接率、送粉量、z軸增量值等參數(shù)對DLF工藝所制備的Ni合金零件質(zhì)量的影響，系統(tǒng)探討了開環(huán)控制條件下DLF工藝參數(shù)的優(yōu)化過程。試驗(yàn)結(jié)果表明，激光能量密度是控制DLF工藝成形質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。存在一個(gè)合適的能量

3、密度范圍，在此范圍內(nèi)Ni合金零件能夠以均勻的高度穩(wěn)定成形。能量密度過高或過低都會(huì)使零件中心與邊緣的高度差異隨著沉積層數(shù)的增加而越來越明顯，最終導(dǎo)致DLF工藝成形失敗。提出了熔覆層重熔深度與其高度之比可以用來作為衡量能量密度是否合適的判據(jù)，并由此獲得以均勻高度進(jìn)行Ni合金零件穩(wěn)定成形的工藝參數(shù)范圍為:激光功率600-800W;掃描速度3-8mm /s;送粉量3.0-8.8g/min。 通過DLF工藝，分別采用五種不同截面填充模式制

4、造不銹鋼拉伸試樣并進(jìn)行拉伸性能測試，系統(tǒng)研究了截面填充模式對DLF技術(shù)制造效率、成形精度及機(jī)械性能的影響。研究結(jié)果表明，就成形效率而言，光柵式填充模式與輪廓偏置式填充模式并無優(yōu)劣之分，但是對于零件成形精度的影響則差別很大。由于光柵式填充模式能夠有效引入“隨機(jī)路徑”機(jī)制，因此能夠更好的控制零件成形精度。拉伸試驗(yàn)結(jié)果證明，即使存在夾雜等較多冶金缺陷的情況下，DLF工藝所制備的拉伸試樣仍然可以獲得與傳統(tǒng)鍛造工藝制備的試樣相當(dāng)甚至更優(yōu)的機(jī)械性能

5、。如果這些冶金缺陷能夠消除，則零件的機(jī)械性能必將得到大幅度提升，顯示出廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。 通過對比分析不同工藝參數(shù)下所制備的Ni合金薄壁零件的成形質(zhì)量，系統(tǒng)研究了DLF工藝在開環(huán)控制條件下提高薄壁零件制造精度的措施。試驗(yàn)結(jié)果表明，在薄壁墻的成形過程中，影響每層沉積厚度的干擾因素是隨機(jī)出現(xiàn)的，如果采用z軸增量值與單層熔覆層厚度精確匹配的方式，反而不能準(zhǔn)確控制若干層后薄壁墻的實(shí)際高度。存在一個(gè)合適的激光能量密度范圍，在此范圍內(nèi)薄壁