金属悬垂圆孔结构激光选区熔化成形工艺优化
发布时间：2020-08-12 10:32
【摘要】：激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术采用粉床铺粉、激光选择性熔化、材料逐层堆叠的成形方式,可用于难加工金属材料、梯度功能复合材料等特殊材料的直接快速成形,同时在复杂几何特征金属零部件成形时表现出巨大的优势。然而,针对悬垂特征结构,仍然存在悬垂表面塌陷、粘粉等导致成形质量不高的问题,高质量特征结构件的SLM成形仍面临严峻挑战。为了改善悬垂结构SLM成形质量,本文以悬垂圆孔结构为研究对象,以Ti6A14V为实验材料,首先分析了 SLM成形悬垂圆孔结构的主要缺陷产生机理,然后设计工艺实验,探究了主要的工艺参数对圆孔成形质量的影响规律,最后通过优化圆孔实体参数和轮廓参数提高圆孔成形质量。全文研究内容如下:(1)基于SLM研究现状以及实验经验,分析了悬垂结构SLM成形特点,并且对SLM加工过程中容易发生的缺陷产生机理以及目前常用的解决方法进行了归纳分析。(2)设计工艺实验,分别研究了圆孔孔径大小、激光功率、扫描速度、扫描线角度、轮廓扫描次数等重要参数对悬垂圆孔成形质量的影响规律,分析了各参数下成形圆孔不同区域悬垂曲面的尺寸精度和微观形貌变化。(3)在保证成形件实体力学性能的前提下,固定激光能量密度为26J·mm-3,改变圆孔实体部分激光功率和扫描速度,分析了实体参数与圆孔成形精度和表面质量之间的关系,获得了较优的激光功率和扫描速度的参数组合。(4)调整成形圆孔轮廓扫描激光功率,研究了轮廓参数对圆孔成形质量的影响,同时通过单道实验,从熔道宽度、高度变化等方面分析了各参数下成形熔池稳定性与悬垂圆孔尺寸精度和表面粗糙度之间的关联关系。(5)设计水平悬垂与曲面悬垂的组合模型,通过实验验证了不同激光功率条件下扫描线角度对悬垂面的影响规律。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG665
【图文】：
率激光器作为能量输入源，在没有聚合物粘合剂情况下金属粉末被完全熔化，最终获得逡逑成分均匀、组织细小，内部孔隙缺陷少，致密度高、性能优异的金属零部件。逡逑ＳＬＭ成形系统如图１．２所示，主要包括计算机控制系统、激光系统、光路控制系统、逡逑振镜偏转系统、氛围保护系统、铺粉系统、成形缸、送粉缸等部分。其基本工作原理是：逡逑首先利用三维软件设计出零件的三维模型，并转换成ＳＴＬ格式文件，将其导入专业数逡逑据处理软件Ｍａｇｉｃｓ中对模型进行缺陷修复、定向摆放及支撑结构添加处理，选定加工逡逑参数后三维模型被切片离散成一定厚度的二维轮廓，将模型二维轮廓数据导入成形设备逡逑中，计算机根据模型每一层轮廓信息，控制激光器选择性熔化预先铺展好的金属粉末。逡逑扫描完一层以后，送粉缸上升一个粉层高度，成形缸下降一定高度，刮刀将送粉缸中的逡逑粉末铺展在成形缸基板表面，激光接着扫描粉层，如此循环直到试件加工完成。逡逑．熔池监测系逡逑Ｑ逦ｆ／／：ｍ逦一邋ｇ邋／逡逑／逦１１邋—■■■■」ｌ逡逑ｎ＇ｒ邋．／逦ｉ邋ｉ逡逑逦ｌ邋逦邋ｉ逡逑ｊ邋Ｖ；逦＼逦电脑控制逡逑／Ｉ—逦费邋Ｔ逦ＥＺＺＺｐｐＺＳＥ邋＼逡逑／逦ｚ邋ｔ逦送粉缸逡逑粉末回收缸邋／逦燃逦}沐义铣尚胃祝蕖叔义贤迹保插澹樱蹋蜕璞甘疽馔煎义希保玻插危樱蹋图际醭尚翁氐沐义匣诩醪闹圃焖枷氲拇臣庸ぜ际踉诩庸ち慵保紫刃枰萆杓仆贾揭蠹庸ゅ义铣隽慵
本文编号：2790419
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG665
【图文】：
率激光器作为能量输入源，在没有聚合物粘合剂情况下金属粉末被完全熔化，最终获得逡逑成分均匀、组织细小，内部孔隙缺陷少，致密度高、性能优异的金属零部件。逡逑ＳＬＭ成形系统如图１．２所示，主要包括计算机控制系统、激光系统、光路控制系统、逡逑振镜偏转系统、氛围保护系统、铺粉系统、成形缸、送粉缸等部分。其基本工作原理是：逡逑首先利用三维软件设计出零件的三维模型，并转换成ＳＴＬ格式文件，将其导入专业数逡逑据处理软件Ｍａｇｉｃｓ中对模型进行缺陷修复、定向摆放及支撑结构添加处理，选定加工逡逑参数后三维模型被切片离散成一定厚度的二维轮廓，将模型二维轮廓数据导入成形设备逡逑中，计算机根据模型每一层轮廓信息，控制激光器选择性熔化预先铺展好的金属粉末。逡逑扫描完一层以后，送粉缸上升一个粉层高度，成形缸下降一定高度，刮刀将送粉缸中的逡逑粉末铺展在成形缸基板表面，激光接着扫描粉层，如此循环直到试件加工完成。逡逑．熔池监测系逡逑Ｑ逦ｆ／／：ｍ逦一邋ｇ邋／逡逑／逦１１邋—■■■■」ｌ逡逑ｎ＇ｒ邋．／逦ｉ邋ｉ逡逑逦ｌ邋逦邋ｉ逡逑ｊ邋Ｖ；逦＼逦电脑控制逡逑／Ｉ—逦费邋Ｔ逦ＥＺＺＺｐｐＺＳＥ邋＼逡逑／逦ｚ邋ｔ逦送粉缸逡逑粉末回收缸邋／逦燃逦}沐义铣尚胃祝蕖叔义贤迹保插澹樱蹋蜕璞甘疽馔煎义希保玻插危樱蹋图际醭尚翁氐沐义匣诩醪闹圃焖枷氲拇臣庸ぜ际踉诩庸ち慵保紫刃枰萆杓仆贾揭蠹庸ゅ义铣隽慵
本文编号：2790419
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