铝合金搅拌摩擦增材制造工艺研究

发布时间：2017-03-23 20:04

  本文关键词：铝合金搅拌摩擦增材制造工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前金属零件的常用的增材制造方法有:激光直接沉积、激光选区熔化、电子束熔丝沉积成形、电子束选区熔化、等离子电弧熔丝沉积、超声增材法等。但上述方法均有其各自的适用范围和局限性,尤其对于铝合金等轻合金的增材技术上没有大的进展。因此,需要开发一种新的增材制造方法来更好地实现铝合金等材料的增材制造。本研究采用自制的成形工具和专用夹具。基于搅拌摩擦焊理论,在国内率先提出采用了绿色、环保的固相焊接方法对5A03铝合金进行增材制造。本文对无倾角成形工具和增材夹具进行了研制,研究了工艺参数对铝合金搅拌摩擦增材制造成形的影响,并对搅拌摩擦增材制造方法进行了探索。本文系统地研究了工艺参数对搅拌摩擦增材制造成形的影响。研究结果表明:双线型成形工具的增材区成形良好。随着行进速度提高,单道增材宽度、界面迁移高度和迁移宽度值均减小。当旋转速度为60r/min,行进速度为60mm/min时,界面迁移量较小,单道增材宽度较大。增材间距大时,会有两道次间的未结合界面和迁移界面缺陷;随间距减小,未结合界面逐渐转变成迁移界面;当间距达到某个值时,迁移界面消失。增材间距为4mm时,逆向增材与同向增材相比,能有效地抑制并消除向增材区中心迁移的界面,因此可获得较大的有效增材宽度。转弯半径对同向和逆向增材成形的影响各不相同。同向增材时,边缘角γ和界面迁移宽度D对转弯半径变化较敏感,界面迁移高度H和有效增材宽度W对转弯半径变化不敏感。逆向增材时,界面迁移高度H、界面迁移角度β对转弯半径变化较敏感,有效增材宽度W对转弯半径变化不敏感。重点对铝合金搅拌摩擦增材制造成形控制进行研究。研究结果表明:本文提出的搅拌摩擦增材规划和计算方法,能够较准确地对总增材宽度Dr、增材高度Hr和增材率ξ进行预测控制。通过组织分析发现,轴肩影响区的晶粒具有方向性,增材核心区的晶粒为均匀细小等轴晶,无方向性。通过性能试验发现,搅拌摩擦增材体在拉伸性能上存在各向异性。搅拌摩擦增材体的水平方向抗拉强度超过基材5%以上。垂直方向抗拉强度达到基材85%以上。每层显微硬度曲线呈 W‖型分布。垂直方向上显微硬度存在梯度,上层显微硬度高于下层,总体增材区显微硬度不低于基材。
【关键词】：搅拌摩擦增材制造 成形工具 界面迁移 工艺参数 增材率 抗拉强度
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH16;TG146.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究的目的及意义10-11
• 1.2 金属增材制造的研究现状11-17
• 1.2.1 激光增材制造11-13
• 1.2.2 电子束增材制造13-15
• 1.2.3 其他增材制造方法15-17
• 1.3 搅拌摩擦焊研究现状17-19
• 1.4 课题的研究内容19-20
• 第2章 试验材料的制备及试验方法20-26
• 2.1 试验条件20-21
• 2.1.1 试验材料20-21
• 2.1.2 试验设备21
• 2.2 试验方法21-26
• 2.2.1 工艺参数试验21-22
• 2.2.2 块体搅拌摩擦增材试验22-23
• 2.2.3 椭圆壳体的搅拌摩擦增材制造23-24
• 2.2.4 金相试样的制备和参量测量24
• 2.2.5 力学性能测试24-26
• 第3章 增材成形工具和专用夹具的研制26-33
• 3.1 增材成形工具的研制26-29
• 3.1.1 增材成形工具的设计技术要求26-27
• 3.1.2 增材成形工具的设计方案27-29
• 3.2 增材专用夹具的设计29-32
• 3.2.1 基准的选择29-30
• 3.2.2 定位方式及定位件选择30
• 3.2.3 夹紧方式及夹紧件选择30
• 3.2.4 夹具总装结构和装配方案30-32
• 3.3 小结32-33
• 第4章 工艺参数对搅拌摩擦增材成形的影响33-48
• 4.1 成形工具对增材区成形的影响33-36
• 4.2 行进速度对增材成形的影响36-38
• 4.3 增材间距对增材成形的影响38-39
• 4.4 加工方向对增材成形的影响39-41
• 4.5 转弯半径对增材成形的影响41-46
• 4.5.1 同向增材时转弯半径对增材成形的影响41-44
• 4.5.2 逆向增材时转弯半径对增材成形的影响44-46
• 4.6 小结46-48
• 第5章 铝合金搅拌摩擦增材制造成形控制48-63
• 5.1 搅拌摩擦增材区宏观特征48-50
• 5.1.1 水平方向搅拌摩擦增材特征分析48-49
• 5.1.2 垂直方向搅拌摩擦增材特征分析49-50
• 5.2 搅拌摩擦增材成形规划50-54
• 5.2.1 增材区域表征50
• 5.2.2 搅拌摩擦增材数据计算方法50-51
• 5.2.3 规划与实际成形51-54
• 5.3 搅拌摩擦增材的组织及力学性能54-58
• 5.3.1 搅拌摩擦增材组织54-55
• 5.3.2 拉伸性能55-57
• 5.3.3 显微硬度57-58
• 5.4 搅拌摩擦增材缺陷分析58-62
• 5.4.1 增材区孔洞缺陷59-60
• 5.4.2 增材区结合缺陷60-62
• 5.5 小结62-63
• 第6章 结论及展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-70
• 硕士学位期间发表的学术论文70-71
• 致谢71-72

【参考文献】

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1 王桂兰;孙怡峰;柏兴旺;张海鸥;;电磁场对电弧熔积快速成形温度场及残余应力的影响[J];焊接技术;2013年03期

2 陈静,杨海欧,李延民,黄卫东;激光快速成形过程中熔覆层的两种开裂行为及其机理研究[J];应用激光;2002年03期

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本文编号：264461