激光熔覆系统能耗模型与节能节材方法研究

发布时间：2020-03-30 06:20

【摘要】：制造业的飞速发展带给人类巨大财富和生活便利,但同时也消耗了大量资源,并导致严重的生态环境问题,如何平衡经济利益与环境资源的关系成为当今国内外学者关注的热点话题。因此制造过程的环境特性分析成为实现可持续制造的重中之重,增材制造技术的出现为制造业开辟了新的发展方向,但低生产率、高能耗的生产特点对其发展有诸多限制。针对目前增材制造过程环境特性机理尚不明确,理论体系尚不健全,缺乏完善的能耗、物耗预测模型等现状,本文在国家自然科学基金项目“不确定环境下再制造系统能效提升与生态友好机制研究”(编号51775086)的资助下,对激光熔覆这一典型增材技术的环境特性展开详细的研究,具体工作概况如下:搭建了激光熔覆系统电能耗监测平台,将整个激光熔覆系统分为激光发生器、冷却系统、机械臂控制柜、送粉系统以及辅助系统等五个子系统,通过实验检测和数据拟合,分别对各子系统进行能耗建模,从而得到激光熔覆系统整机参数化能耗模型,并通过熔覆20层316L不锈钢粉工艺验证了所建模型的正确性,得到的相关数据补充了美国麻省理工大学Gutowski教授已建立的比能图谱;通过实验设计(DOE)方法研究激光功率、扫描速度、送粉速率以及主轴提升量四个工艺参数与粉末利用率这一重要物耗指标的关系,借助MINITAB分析软件进行粉末利用率关于工艺参数的数学分析,从而得到激光熔覆工艺的粉末利用率参数模型,并对模型的合适性进行了全面科学的分析,并对工艺参数的影响规律进行了详尽的探讨,随后运用九组正交实验验证了参数模型预测粉末利用率的有效性;最后,在激光熔覆系统整机参数化能耗模型、粉末利用率参数模型以及工艺参数对物耗的影响规律分析的基础上,进行激光熔覆过程节能节材方法的研究。基于能耗模型和粉末利用率参数模型建立激光熔覆过程的比能耗模型,并给出了已知工艺参数下相应熔覆过程能耗的矩阵计算形式以及定义了生产率的计算公式,进而以四个工艺参数为优化对象,通过响应曲面法对粉末利用率、比能耗以及生产率三个节能衡量标准进行了多目标优化,实验验证参数的优化并未破坏熔覆试件的表面质量,并确定了可以实现较好目标的工艺参数的取值范围,对于工艺方案的制定与选择具有参考价值。本文的研究深化了研究人员对激光熔覆技术环境特性的认识,为节能减排以及其他增材制造技术的相关环境特性的研究提供了方法参考以及数据支持。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG665

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;《中国制造2025》提出绿色新政 工信部详解绿色理念 全面推行绿色制造 加快建设生态文明[J];表面工程与再制造;2015年04期

2 李涛;孔露露;张洪潮;ASIF Iqbal;;典型切削机床能耗模型的研究现状及发展趋势[J];机械工程学报;2014年07期

3 刘霜;刘飞;王秋莲;;机床机电主传动系统服役过程能量效率获取方法[J];机械工程学报;2012年23期

4 刘飞;刘霜;;机床服役过程机电主传动系统的时段能量模型[J];机械工程学报;2012年21期

5 仇健;李晓飞;马晓波;林剑峰;仝建;;硬质合金立铣刀高速铣削铝合金切削力实验研究[J];中国机械工程;2012年13期

6 黄凤晓;江中浩;刘喜明;;激光熔覆工艺参数对横向搭接熔覆层结合界面组织的影响[J];光学精密工程;2011年02期

7 ;政协“一号提案”锁定低碳[J];环境经济;2010年03期

8 黄尚猛;李华川;;激光熔覆技术在工业中的应用及其发展[J];装备制造技术;2007年06期

9 张宝忠;孙慧平;刘萍;范进桢;;先进制造业中的激光测试与激光加工技术[J];机械设计与制造;2006年06期

10 王素玉;艾兴;赵军;李作丽;刘增文;;高速立铣3Cr2Mo模具钢切削力建模及预测[J];山东大学学报(工学版);2006年01期

相关博士学位论文 前2条

1 李炳林;不锈钢加工中切削力分析预测研究[D];华中科技大学;2012年

2 胡韶华;现代数控机床多源能耗特性研究[D];重庆大学;2012年

相关硕士学位论文 前5条

1 李海波;倾斜基体上的激光熔覆层形貌研究[D];大连理工大学;2017年

2 李玉霞;选择性激光熔化增材制造碳效率评估方法及应用[D];重庆大学;2016年

3 孔露露;数控机床能耗建模与参数影响分析[D];大连理工大学;2014年

4 李鹏宇;面向能效的数控铣削加工工艺参数优化模型及方法研究[D];重庆大学;2014年

5 胡恒;多束激光熔覆基础试验研究[D];大连理工大学;2014年

，

本文编号：2607170