基于机器人激光熔覆尖点过渡薄壁件成形研究

【摘要】激光熔覆快速成形技术（LaserCladdingforRapidManufacturing,LCRM）综合了激光熔覆与快速成形的优点，是近年来发展起来的一项新兴的制造技术，在金属零件的近净成形领域有着广泛应用。在激光熔覆快速成形技术工艺中，由于含尖点过渡结构的零件其截面信息中至少包含两个图元以非相切的形式相接，使得成形过程较为复杂，相接区域易造成结瘤、尺寸偏差等误差，严重时造成堆积无法进行。本文对尖点过渡特征薄壁件进行了激光熔覆过程模拟与实体成形研究。通过基础熔道实验，研究了激光功率、送粉速率和扫描速率工艺参数对单道熔覆层质量的影响，研究表明单道熔覆层宽高比主要受扫描速率的影响，且与之呈正相关，单道几何稀释率主要受激光功率和送粉速率的影响，且分别与之呈正、负相关。理论分析了最佳尖点曲线过渡，确定了最佳过渡曲线曲率半径大小和最佳过渡曲线。根据拟定的预成形的特定角度的尖点过渡成形件，建立了其单层激光熔覆的有限元分析模型，模拟环形激光的加载，分析得出环形激光边缘处温度峰值仅比光斑中心处低180℃，边缘能量较足，且在熔覆过程中单层的熔池温度场分布呈彗星状，高温区域形状似“马鞍形”。建立了尖点过渡薄壁件激光熔覆成形的有限元分析模型，模拟真实情况下激光熔覆堆积成形过程，分析了其熔覆成形过程中温度场的演变过程和沿熔覆高度方向上不同处的点的热循环，并通过每层熔池与基板的温差调节激光功率的大小，以稳定熔覆过程，得出激光功率变化趋势。针对尖点过渡的特征，选定了速度逼近与距离逼近相结合的编程设计方案，使用数值模拟后优化的工艺参数，结合CCD进行层高控制，熔覆成形了尖点过渡薄壁件，且在熔覆过程中始终未出现凸点。对尖点过渡成形件进行了质量评定，表明光内同轴送粉技术下激光熔覆的成形件表面光滑，无明显粘粉现象。尺寸最大相对偏差仅为2.7%，精度高，与设计尺寸相近。熔覆组织细小致密，层间结合紧密，成形件显微硬度波动较小。
【作者】何正东；
【导师】傅戈雁；
【作者基本信息】苏州大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】激光熔覆；机器人；快速成形；尖点过渡；温度场；

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