光內(nèi)送粉多道搭接多層堆積實(shí)體成形及溫度場(chǎng)模擬研究.pdf

1、大面積激光熔覆和實(shí)體成形一般需采用多道搭接多層疊加堆積技術(shù),多道多層堆積熔覆層質(zhì)量與光斑能量分布及送粉形式有很密切的關(guān)系。本課題組提出了中空激光光內(nèi)送粉新技術(shù),本文針對(duì)光內(nèi)送粉對(duì)多道多層堆積的影響進(jìn)行研究。采用單一因素變量法,以臨界搭接率進(jìn)行多道搭接熔覆實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)分析各工藝參數(shù)對(duì)多道搭接熔覆層表面平整度的影響,對(duì)多道搭接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化如下:激光功率為400~600W,掃描速度為5~8mm/s,送粉速率為4~8g/min。在保證表面平整

2、度的前提下,對(duì)多道搭接熔覆層各區(qū)域的顯微組織及顯微硬度進(jìn)行分析,結(jié)論表明:單道熔化區(qū)組織為樹(shù)枝晶,單道熔覆層組織呈枝晶狀和塊狀,且晶粒比單道熔化區(qū)細(xì),二次熔化區(qū)為粗大的胞狀晶,搭接區(qū)域組織為細(xì)小的顆粒狀及極少數(shù)枝狀晶;搭接區(qū)硬度較高,二次熔化區(qū)硬度較低,硬度分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。
　　本文采用ANSYS生死單元技術(shù),對(duì)多道搭接熔覆的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了詳細(xì)分析,并對(duì)單層多道搭接熔覆層各取樣點(diǎn)的溫度、溫度梯度及溫度變化速率的變化規(guī)律進(jìn)行

3、分析總結(jié),結(jié)論表明：熔池溫度峰值區(qū)域由“馬鞍形”或“月牙形”變?yōu)椤捌朐卵佬巍?同一道熔覆層上端部節(jié)點(diǎn)溫度比中間節(jié)點(diǎn)溫度高出100℃左右,呈現(xiàn)“端部效應(yīng)”;節(jié)點(diǎn)處Y方向上溫度梯度都大于X、Z方向,因此Y方向更易產(chǎn)生裂紋,且在熔覆層與基體結(jié)合處附近區(qū)域,熔覆層枝狀晶沿 Y方向生長(zhǎng);各多道搭接層之間的溫度場(chǎng)分布變化大致相同。以實(shí)體成形較為成熟且加工原理與LCRM較為類(lèi)似的SLS成形方式為參照,并結(jié)合擬成形實(shí)體的形狀、尺寸特征,對(duì)其設(shè)計(jì)了三種

4、掃描路徑。通過(guò)KUKA機(jī)器人對(duì)三種掃描路徑進(jìn)行程序編制,并采用多道搭接優(yōu)化工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)體成形實(shí)驗(yàn),在成形過(guò)程中對(duì)功率及層高進(jìn)行控制,保證成形過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行。最后對(duì)三種掃描路徑所對(duì)應(yīng)的成形件進(jìn)行尺寸精度、表面平整度的測(cè)量,得出最優(yōu)的掃描路徑,并對(duì)效果最佳的成形件進(jìn)行顯微硬度的測(cè)量。結(jié)果表明:雙向異側(cè)掃描成形件效果最優(yōu);在高度方向上,硬度雖然有所波動(dòng),但總體上分布均勻,且成形件頂部熔覆層相當(dāng)于淬火處理,細(xì)化晶粒,硬度值得到較大的提高;而某