钛合金薄壁件SLM成型工艺及其切削加工技术研究

发布时间：2021-04-24 03:37

　　钛合金薄壁件在航空航天领域应用广泛,用传统的切削加工方法制造,切削量大,效率低,材料浪费严重。激光选区熔化（SLM）能够制造出传统工艺不能生产的复杂薄壁件,但SLM成型精度和表面质量通常达不到使用要求。论文针对SLM成型钛合金薄壁件作为高质量精加工毛坯,从SLM成型工艺对温度场、残余应力场和变形的影响考虑最佳成型工艺参数,并研究了SLM钛合金薄壁件的切削加工技术,为后续复杂薄壁件高质量成型和精加工提供一定的理论指导,具体工作内容如下:（1）采用ANSYS APDL仿真钛合金薄壁件SLM成型过程瞬态温度场,得到了激光功率、扫描速度和薄壁厚度对温度场的影响规律,分析了熔池大小,确定了合理的成型工艺参数范围,为应力场分析奠定了基础。（2）在SLM瞬态温度场分布的基础上,采用间接热力耦合,对钛合金薄壁件SLM成型残余应力场和位移场进行分析,得到了薄壁件最大残余应力场和变形分布,确定了最佳成型工艺参数。（3）根据仿真分析结果,主要设计了两组实验,考察不同激光功率与扫描速度,不同壁厚与扫描路径方向对SLM成型薄壁件的表面形貌、微观组织、残余应力和变形的影响。采用电解抛光法研究了不同深度的残余应力,... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景和意义
    1.2 激光选区熔化技术研究现状及发展趋势
        1.2.1 SLM成型研究现状
        1.2.2 SLM温度场研究现状
        1.2.3 SLM残余应力与变形研究现状
    1.3 SLM成型件切削加工研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 课题来源及主要研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 主要研究内容
2 SLM钛合金薄壁件温度场分析
    2.1 SLM钛合金薄壁件温度场有限元分析理论
    2.2 SLM钛合金薄壁件温度场有限元建模方法
        2.2.1 模型的建立和网格划分
        2.2.2 移动热源的加载
        2.2.3 热物性参数和相变潜热的处理
        2.2.4 温度场分析计算方法
    2.3 SLM成型工艺参数对温度场的影响
        2.3.1 激光功率对温度场的影响
        2.3.2 扫描速度对温度场的影响
        2.3.3 薄壁厚度对温度场的影响
        2.3.4 环形薄壁温度场分析
    2.4 本章小结
3 SLM钛合金薄壁件残余应力场与变形分析
    3.1 SLM钛合金薄壁件残余应力场有限元分析理论
    3.2 SLM钛合金薄壁件残余应力场分析
        3.2.1 激光功率对残余应力场的影响
        3.2.2 扫描速度对残余应力场的影响
        3.2.3 壁厚对残余应力场的影响
    3.3 SLM钛合金薄壁件变形分析
        3.3.1 激光功率对变形的影响
        3.3.2 扫描速度对变形的影响
        3.3.3 壁厚对变形的影响
    3.4 本章小结
4 SLM钛合金薄壁件成型试验
    4.1 试验准备
        4.1.1 试验设备与材料
        4.1.2 试验方案设计
        4.1.3 变形和残余应力测量方法
    4.2 试验结果与分析
        4.2.1 表面粗糙度和致密度分析
        4.2.2 薄壁件实际成型厚度
        4.2.3 不同激光功率与扫描速度的影响
        4.2.4 不同壁厚与扫描路径方向的影响
        4.2.5 相同工艺参数下残余应力分析
    4.3 不同薄壁件的成型工艺研究
        4.3.1 倾斜角度和薄壁厚度的影响
        4.3.2 环形和薄壁厚度的影响
        4.3.3 试件成型长度的影响
        4.3.4 SLM成型钛合金叶片
        4.3.5 不同处理下的微观组织影响
    4.4 本章小结
5 SLM钛合金薄壁件切削加工技术研究
    5.1 SLM钛合金薄壁件切削刀具与切削液的选择
        5.1.1 刀具的选择
        5.1.2 冷却液的选择
    5.2 SLM钛合金薄壁件切削加工质量研究
        5.2.1表面粗糙度单因素实验
        5.2.2 表面粗糙度正交试验
        5.2.3 薄壁件加工后缺陷
    5.3 SLM钛合金薄壁件切削加工变形与残余应力
        5.3.1 切削加工后变形
        5.3.2 切削加工后残余应力
    5.4 SLM钛合金叶片切削加工
        5.4.1 叶片加工前处理
        5.4.2 叶片加工后残余应力
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]激光选区熔化热输入参数对Inconel 718合金温度场的影响[J]. 张亮,吴文恒,卢林,倪晓晴,何贝贝,杨启云,祝国梁,顾芸仰.  材料工程. 2018(07)
[2]基于激光选区熔化的功能零件结构设计优化及制造关键技术研究[J]. 王迪,陈晓敏,杨永强,肖泽锋,王安民,张明康,王艺锰,叶光照,宋长辉.  机械工程学报. 2018(17)
[3]基于固有应变法的激光选区熔化成形变形趋势预测[J]. 倪辰旖,张长东,刘婷婷,廖文和.  中国激光. 2018(07)
[4]航空发动机叶片加工变形因素分析及控制[J]. 李硕.  中国新技术新产品. 2017(18)
[5]激光选区熔化工艺过程数值模拟的国内外研究现状[J]. 陶攀,李怀学,许庆彦,巩水利.  铸造. 2017(07)
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[7]激光选区熔化成形TC4钛合金热处理后微观组织和力学性能[J]. 肖振楠,刘婷婷,廖文和,张长东,杨涛.  中国激光. 2017(09)
[8]激光选区熔化成形悬垂结构熔池行为试验分析[J]. 刘婷婷,张长东,廖文和,张凯,吴根丽.  中国激光. 2016(12)
[9]激光选区熔化成形TC4钛合金表面粘粉及残余应力研究[J]. 梁晓康,陈济轮,严振宇,侯谊飞,黄超,何京文.  电加工与模具. 2016(05)
[10]选择性激光快速熔化TC4合金成形工艺及性能[J]. 李学伟,孙福久,刘锦辉,周长海,田宏.  黑龙江科技大学学报. 2016(05)

硕士论文
[1]钛合金激光选区熔化技术有限元分析[D]. 陈德宁.南京理工大学 2016
[2]基于纳米涂层刀具铣削钛合金薄壁件的加工特性研究[D]. 孙源池.东北大学 2015
[3]选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究[D]. 李雅莉.南京航空航天大学 2015



本文编号：3156597