节点下压法TC4金字塔点阵结构制备及平压性能研究
发布时间：2021-10-19 07:13
三维点阵结构与传统的二维点阵结构和泡沫结构相比有许多优点。多功能方面,三维点阵结构内部的高孔隙率为其实现多功能性提供了条件;力学性能上,三维点阵结构具有较高的比强度、比刚度,在航空航天领域具有良好的发展前景。TC4钛合金因其轻质高强、耐腐蚀性、耐高温等优点在航空航天领域得到广泛应用,本文将节点下压法应用于TC4钛合金三维点阵结构的制备中,对于解决钛合金常温下难成形、点阵结构制备效率低等难题具有重要意义。本文设计并制作了节点下压模具,搭建了点阵芯体成形实验平台,通过节点下压法制备出TC4点阵芯体,并利用有限元分析了芯体成形过程。之后,通过激光焊和钎焊连接了芯体与面板,制备了点阵结构。最后研究了点阵结构的平压性能。主要研究内容如下:（1）节点下压法TC4钛合金金字塔点阵芯体成形工艺研究。设计了节点下压模具并搭建了点阵芯体成形实验平台,研究了温度和成形速度对芯体成形及节点流动的影响,获得了优化的节点下压工艺参数;通过金相实验分析了工艺参数对芯体不同位置微观组织的影响;基于Abaqus开展了点阵芯体成形仿真,研究了成形过程中芯体各部位的应力和应变分布特点。（2）芯体与面板的连接工艺研究。采用响...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１三维点阵结构示意图Ｍ??
?山东大学硕士学位论文???１．２三维点阵结构研究现状??点阵结构是有序的，相对来说泡沫结构则为无序的，如图ｌ－２（ａ）、??（ｂ）和（ｃ）所示为点阵结构，（ｄ）为泡沫结构。三维点阵结构（如图ｌ－２（ｃ）??所示的金字塔三维点阵结构）是在三维空间上，对单元形状的筋条阵列??排布形成的；而二维点阵结构（如图ｌ－２（ａ）所示的蜂窝结构和如图ｌ－２（ｂ）??所示的瓦愣结构等）是二维平面上的几何图形朝某个方向拉伸形成的；??这是两种结构的根本区别。三维点阵结构与传统的夹层结构相比最大??的特点是其多种多样的微桁架结构和较高的孔隙率［５］，并且由其结构??特点带来的多功能性、高比强度和高比刚度。??（ａ）?（ｂ）?（ｄ）??图１－２夹层结构（ａ）蜂窝结构（ｂ）瓦楞结构（ｃ）金字塔三维点阵结构（ｄ）??金属泡沬结构??三维点阵结构因其优良的力学性能和较强的多功能性等优点，得??到了广泛关注，相关学者进行了大量研宄［６］。在三维点阵结构拓扑构??型的研究上，四面体结构［７］、Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?Ｋａｇｏｍｅ结构［８］及金字??塔结构［９］等相继被提出。如图１－３所示；在三维点阵制备方法及工艺??的研究上，科研人员根据三维点阵的种类和特征开发了多种制备技术??［１Ｑ］，如３Ｄ打英塑性成形、拼接等工艺。在三维点阵结构面芯连接??工艺的研宄上，常见的连接工艺方法为钎焊连接［１１］、胶接和扩散连??接［１３］等。??Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ?Ｐｙｒａｍｉｄａｌ?．?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?Ｋａｇｏｍｅ??嘗??２??
山东大学硕士学位论文??图１－３不同类型的三维点阵结构Ｍ??１．２．１制备方法及工艺??＞熔模铸造法??Ｄｅｓｈｐａｎｄｅ等［１４，１５］最先提出溶模铸造法。其制备原理如图１－４所??示，首先用挥发性蜡或聚合物（如聚氨酯）通过快速成型、注射成型或??增材制造的方式制作出牺牲模，再将牺牲模、浇口和立管系统用陶瓷??包覆，然后通过熔化或汽化的方式去除牺牲模，最后将液态金属灌注??于空陶瓷模中，冷却并去除陶瓷得到三维点阵结构。熔模铸造法可成??形出形状复杂的点阵结构，但是曲折的金属流动路径、难以避免的铸??造缺陷［１６］及对金属液态流动性的较高要求使其难以制造出高质量三??维点阵结构。同时，由于每套模具仅能使用一次、制作流程繁琐及耗??能较高也限制了其批量化生产。??Ｍｏｌｔｅｎ?ｍｅｔａｌ??ｄｆｆｎｎｇｃｕｐ??．?、?—Ｒｕｎｎｅｒ??＾Ｒｕｎｎｅｒ??Ｍｉｃｒｏｔｒｕｓｓ?ｆ??ｓａｎｄｗｉｃｈ?ｌ＞??ｐａｎｅｌ?ＡＢＳ?〇ａｔｅｓ??ｂｕｒｎｏｕｔ??ｖｅｎｔ??图１－４熔模铸造法原理图Ｍｌ??＞增材制造法??増材制造法是近年来发展起来的一种新型技术，根据计算机模型??通过逐层叠加的方式制作零部件。增材制造法在点阵的制造上被广泛??应用，如图１－５所示为ＳＬＭ技术制备点阵结构的过程及实物照片［１７］。??常用于制作金属点阵材料的工艺有激光净成型工艺［１８］、选择性激光熔??融工艺等。增材制造法对于复杂结构实体的制作具有极大优越??３??
本文编号：3444401
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１三维点阵结构示意图Ｍ??
?山东大学硕士学位论文???１．２三维点阵结构研究现状??点阵结构是有序的，相对来说泡沫结构则为无序的，如图ｌ－２（ａ）、??（ｂ）和（ｃ）所示为点阵结构，（ｄ）为泡沫结构。三维点阵结构（如图ｌ－２（ｃ）??所示的金字塔三维点阵结构）是在三维空间上，对单元形状的筋条阵列??排布形成的；而二维点阵结构（如图ｌ－２（ａ）所示的蜂窝结构和如图ｌ－２（ｂ）??所示的瓦愣结构等）是二维平面上的几何图形朝某个方向拉伸形成的；??这是两种结构的根本区别。三维点阵结构与传统的夹层结构相比最大??的特点是其多种多样的微桁架结构和较高的孔隙率［５］，并且由其结构??特点带来的多功能性、高比强度和高比刚度。??（ａ）?（ｂ）?（ｄ）??图１－２夹层结构（ａ）蜂窝结构（ｂ）瓦楞结构（ｃ）金字塔三维点阵结构（ｄ）??金属泡沬结构??三维点阵结构因其优良的力学性能和较强的多功能性等优点，得??到了广泛关注，相关学者进行了大量研宄［６］。在三维点阵结构拓扑构??型的研究上，四面体结构［７］、Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?Ｋａｇｏｍｅ结构［８］及金字??塔结构［９］等相继被提出。如图１－３所示；在三维点阵制备方法及工艺??的研究上，科研人员根据三维点阵的种类和特征开发了多种制备技术??［１Ｑ］，如３Ｄ打英塑性成形、拼接等工艺。在三维点阵结构面芯连接??工艺的研宄上，常见的连接工艺方法为钎焊连接［１１］、胶接和扩散连??接［１３］等。??Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ?Ｐｙｒａｍｉｄａｌ?．?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?Ｋａｇｏｍｅ??嘗??２??
山东大学硕士学位论文??图１－３不同类型的三维点阵结构Ｍ??１．２．１制备方法及工艺??＞熔模铸造法??Ｄｅｓｈｐａｎｄｅ等［１４，１５］最先提出溶模铸造法。其制备原理如图１－４所??示，首先用挥发性蜡或聚合物（如聚氨酯）通过快速成型、注射成型或??增材制造的方式制作出牺牲模，再将牺牲模、浇口和立管系统用陶瓷??包覆，然后通过熔化或汽化的方式去除牺牲模，最后将液态金属灌注??于空陶瓷模中，冷却并去除陶瓷得到三维点阵结构。熔模铸造法可成??形出形状复杂的点阵结构，但是曲折的金属流动路径、难以避免的铸??造缺陷［１６］及对金属液态流动性的较高要求使其难以制造出高质量三??维点阵结构。同时，由于每套模具仅能使用一次、制作流程繁琐及耗??能较高也限制了其批量化生产。??Ｍｏｌｔｅｎ?ｍｅｔａｌ??ｄｆｆｎｎｇｃｕｐ??．?、?—Ｒｕｎｎｅｒ??＾Ｒｕｎｎｅｒ??Ｍｉｃｒｏｔｒｕｓｓ?ｆ??ｓａｎｄｗｉｃｈ?ｌ＞??ｐａｎｅｌ?ＡＢＳ?〇ａｔｅｓ??ｂｕｒｎｏｕｔ??ｖｅｎｔ??图１－４熔模铸造法原理图Ｍｌ??＞增材制造法??増材制造法是近年来发展起来的一种新型技术，根据计算机模型??通过逐层叠加的方式制作零部件。增材制造法在点阵的制造上被广泛??应用，如图１－５所示为ＳＬＭ技术制备点阵结构的过程及实物照片［１７］。??常用于制作金属点阵材料的工艺有激光净成型工艺［１８］、选择性激光熔??融工艺等。增材制造法对于复杂结构实体的制作具有极大优越??３??
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