KMN钢压缩机叶片激光熔覆修复及后续加工特性研究

发布时间：2018-03-08 01:07

本文选题：再制造　切入点：KMN钢　出处：《山东大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：离心式压缩机作为一种重要的能量转换机械装置,广泛应用于能源、电力、石油、化工、天然气输送、冶金等行业,在国民经济及国防军事领域占有重要地位。随着我国可持续发展重大战略的推进,蕴含着高附加值的损伤、退役离心压缩机叶轮再制造研究越来越受到重视,损伤叶轮再制造是充分利用我国丰富可再制造资源、解决资源匮乏问题的有效途径之一。损伤叶片高质量激光熔覆成形修复及修复部位高效机械加工是实现离心式压缩机再制造的前提。为此,以典型压缩机叶轮材料KMN钢为基体材料,通过有限元仿真及试验研究相结合的方法制备性能优异的FeCr合金激光熔覆层。研究激光熔覆层切削加工性能,基于灰色关联度对熔覆层及KMN钢铣削加工参数进行优化。针对FeCr合金激光熔覆层铣削加工振动剧烈的问题,通过添加异质元素研究具有抑振性能的合金粉料配方,并进行有效性验证。研究铣削加工对激光熔覆层残余应力状态的影响规律,通过调整铣削参数实现激光熔覆层应力状态主动控制。针对典型KMN钢叶片预置损伤部位完成激光熔覆成形修复及修复部位五轴联动数控高效加工。因服役环境恶劣,压缩机叶片一般需要具有较高的硬度、耐磨及耐蚀性。首先基于ABAQUS及其用户子程序建立激光熔覆有限元模型,使用该模型仿真优化获得以激光熔覆层较小残余应力及较低稀释率为目标的工艺参数组合；随后使用该参数在KMN钢上制备FeCr合金激光熔覆层,并对其主要性能进行分析测试,结果表明所得熔覆层与基体冶金结合,无气孔、裂纹等缺陷,且硬度、耐磨及耐蚀性均有显著提升。具有较高硬度、耐磨性的激光熔覆修复层一般需经过后续机械加工方可满足装配精度要求。首先对FeCr激光熔覆层进行铣削加工试验,分析其切屑形貌、振动信号及切削力等特征,获得其铣削加工特性；随后基于灰色关联度分析,以铣削力、表面质量及金属去除率为目标进行熔覆层铣削参数优化,获得适于FeCr激光熔覆层的铣削加工工艺参数。FeCr激光熔覆修复层铣削加工过程振动较严重。为此,以兼具优异硬度、耐磨性及减振性能的合金粉料配方为目标,研究异质添加元素对熔覆层主要物理力学性能的影响,通过薄壁件上熔覆层侧铣加工试验分析异质元素对熔覆层减振性能的影响,对比获得具有有效抑振作用的激光熔覆合金粉料配方。残余应力状态对激光熔覆修复工件服役寿命有显著影响。为此,对经侧铣加工薄壁件上的激光熔覆层沿深度方向残余应力分布趋势进行测试,分析得到轴向切深、每齿进给量对激光熔覆层残余应力分布状态的影响规律；建立铣削加工有限元模型,通过由仿真获得的切削参数对铣削力、切削热的影响阐述铣削加工对熔覆层残余应力状态影响机理。以预置缺陷的典型压缩机叶片为研究对象,基于逆向工程获得损伤叶片数字模型,并使用其进行修复路径规划,使用具有抑振性能的合金粉料进行损伤叶片激光熔覆修复,经过刀轨生成及后置处理分析后对经激光熔覆修复的叶片进行数控铣削加工,实现压缩机叶片的激光熔覆再制造。
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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH452

【参考文献】