激光沉积制造表面成形精度控制研究

发布时间：2023-04-28 22:53

　　激光沉积制造的表面成形精度与多种因素有关,不仅与主要的工艺参数有关,还会受到成形过程中制件的热分布影响,除此之外,成形过程中还会出现较为普遍的制件表面发生内凹及塌边的现象,均会影响制件的表面成形精度。工艺参数的合理筛选是保证表面成形精度的基础,研究成形过程的热分布规律及表面出现内凹、塌边的现象机理可以为优化成形工艺建立理论基础,进而可以起到表面成形精度控制的作用。介于此,本文做了如下研究工作:首先,采用PSO算法与BP神经网络相结合的方式建立激光沉积制造沉积层形貌尺寸的预测模型,完成了多组单道单层实验,将采集到的数据进行网络训练及验证。验证结果表明,该预测模型具有较高的预测精度,可以方便筛选工艺参数。然后,建立了T型梁的有限元模型,对采用不同扫描策略成形的T型梁进行温度场模拟,完成了激光沉积实验,采用红外热像仪对温度场模型进行了验证,同时使用CCD相机结合专用图像处理软件采集了制件层面熔池宽度,对比分析了不同扫描策略对T型梁热分布及表面成形质量的影响。分析结果表明,采用异侧扫描、变间距扫描及分层冷却扫描策略均可以改善制件层面热分布,进而提高制件的表面成形质量。最后,采用理论分析和实验相...

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的意义及背景
    1.2 增材制造技术的分类
    1.3 增材制造技术在航空领域的应用
    1.4 激光沉积制造技术概述
        1.4.1 激光沉积制造技术原理与特点
        1.4.2 激光沉积制造技术发展
        1.4.3 激光沉积制造技术目前存在的主要问题
    1.5 激光沉积制造数值模拟技术
    1.6 激光沉积制造表面成形精度控制研究现状
    1.7 主要研究内容
第2章 实验材料及设备
    2.1 实验材料
    2.2 激光沉积制造系统组成
        2.2.1 激光加工系统
        2.2.2 数控运动系统
        2.2.3 粉末供给系统
        2.2.4 激光沉积制造实验测量系统
        2.2.5 气氛控制系统
第3章 沉积层形貌尺寸预测模型的建立及工艺参数的筛选
    3.1 激光沉积制造沉积层形貌尺寸预测模型的建立
        3.1.1 BP神经网络结构
        3.1.2 PSO优化算法
        3.1.3 PSO算法优化BP神经网络的策略
    3.2 单道单层沉积实验
    3.3 网络训练及仿真试验
    3.4 工艺参数的筛选策略
    3.5 本章小结
第4章 T型梁扫描策略优化
    4.1 激光沉积制造温度场模拟理论
        4.1.1 激光沉积制造过程中数值模拟技术
        4.1.2 有限元基本方程
        4.1.3 激光沉积制造过程中数值模拟热源模型
        4.1.4 温度场模拟中的熔化潜热
        4.1.5 生死单元技术
    4.2 T型梁温度场模型的建立
    4.3 T型梁沉积实验
    4.4 T型梁温度场模拟验证
    4.5 不同扫描策略对T型梁热分布的影响
        4.5.1 异侧扫描对T型梁热分布的影响
        4.5.2 变间距扫描策略对T型梁热分布的影响
        4.5.3 分层冷却扫描策略对T型梁热分布的影响
    4.6 不同扫描策略对T型梁表面成形质量的影响
        4.6.1 异侧扫描对T型梁表面成形质量的影响
        4.6.2 变间距扫描策略对T型梁表面成形质量的影响
        4.6.3 分层冷却扫描策略对T型梁表面成形质量的影响
    4.7 本章小结
第5章 制件表面内凹、塌边现象分析及改善
    5.1矩形块激光沉积制造实验
    5.2 制件表面发生内凹现象分析
    5.3 制件表面发生塌边现象分析
    5.4 制件表面内凹及塌边的改善方法
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文



本文编号：3804648