基于形状特征的激光直接沉积制造工艺能效研究

发布时间：2020-11-13 11:37

　　 绿色制造已经成为制造业发展的必经之路,降低制造过程中的能耗,提高资源的利用率已经成为制造业领域的研究热点。激光直接沉积技术作为一种新型技术,具有良好的应用前景,但其制造过程中的能效较低限制了它的发展,提高其制造过程中的能效成为了急需解决的问题。工艺层的能效直接影响了整个制造过程的能量效率,因此研究激光直接沉积技术在工艺层的能效,有助于提高激光直接沉积技术整个制造过层的能效。针对课题组前期建立的多道多层工艺能效模型存在的问题开展研究,通过实验来寻找工艺参数与激光直接沉积多道多层工艺能效的关系,结果发现影响多道多层工艺能效的主要因素是提升量与沉积层数,并依据此结果修改多道多层工艺能效模型的能量系数,对模型进行了完善。研究了不同形状特征对激光直接沉积过程中能效的影响,依据激光直接沉积中不同形状特征沉积件,是由直线沉积道或弧线沉积道沿沉积方向堆积得到的特点,将激光直接沉积中的形状特征分为直线沉积特征与弧线沉积特征。并开展实验,比较二者在沉积过程中能效的差异,结果发现直线沉积特征与弧线沉积特征在沉积过程中的能效无差异,证明了激光直接沉积过程中的能效不受形状特征的影响。最后对工艺参数进行优化,在优化过程中发现只以工艺能效作为指标,优化后的工艺参数制造出来的沉积件工艺性能往往不符合要求。因此,本文在进行工艺参数能效优化时,考虑了沉积件的工艺性能。在激光直接沉积技术中重熔率与工艺性能、工艺能效都有关联,故本文以重熔率为中间变量,关联工艺性能与工艺能效。通过实验确定工艺能效与工艺性能之间存在的关系,发现在重熔率大于60%时,沉积件的工艺性能较好。以此作为约束条件,利用建立的激光直接沉积工艺能效模型对工艺参数进行优化,得到既符合工艺性能要求,工艺能效又是最优的工艺参数,该工艺参数为激光功率为900W、扫描速度为5mm/s、送粉速率为l0g/min、搭接率为0.4、提升量为2/3H。实现了激光直接沉积工艺性能与工艺能效的协同优化。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG665
【部分图文】：

图１．?１?２?０１０年￣?２?０１５年我国能源消费总量与制造业消费总量变化趋势??Ｉ??

这是因为，当弧线半径过小吋，沉积件散热能力差，热累积效应强，而??当弧线半径大时，沉积件的散热能力强，热累积效应弱，且近似子直线沉积特征??沉积时的热累积效应，如图２．２所示。因此，在研究弧线沉积特征在沉积过程中??的能效时，还需要考虑到弧线半径这一因素。??二麻．．．，：?ｉｈｈｈＨＩ＇??大半径圆柱体沉积过程?小半径圆柱体沉积过程??图２．１不同半径弧线在沉积过程中热累积差异示意图??１１??

?１６９８Ｋ?１７４Ｊ／ｇ??３１６Ｌ不锈钢的比热容与温度的计算结果如图２．２所示。为方便计算根据文献??｜５３］，将比热容做一次线性拟合可得，３１６Ｌ不锈钢随温度变化的比热容Ｃ（Ｘ？可表??示为：??ｃ（ｒ）?＝?ｃ０－（ｉ＋／？－ｒ）?（２．１）??其中：Ｃｆｌ为３１６Ｌ不锈钢在温度为０Ｋ时的比热容，其值为０．４６Ｊ／（ｇ＊Ｋ）；夕为比??热容的温度系数，其值为３．９３Ｘ］〇＿４／Ｋ：?ｒ为材料实时温度，Ｋ。??８］?—计算曲线??７＿?——拟合曲线??６－??Ｉ５：??姊■??走３：??纪２－??丨：一—?丄???０－??０?５００?１０００?１５００?２０００?２５００??温度（Ｋ）??图２．２?３１６Ｌ不锈钢的比热容与温度关系??２．３实验设备??依据ｉ：述的实验方案，本文在实验过程中还需记录熔池温度，根据课题组前??期的实验方案，本文选择比色高温计来记录沉积过层中熔池的温度。图２．３为本??文实验的实验原理图，如图所示，本文通过送粉器将粉末输送到熔覆头，并通过??１６??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄拯滔;张超勇;罗敏;谢阳;周志恒;;一种基于能量守恒原理的数控车削能耗模型[J];中国机械工程;2015年18期

2 周志恒;张超勇;谢阳;黄拯滔;邵新宇;;数控车床切削参数的能量效率优化[J];计算机集成制造系统;2015年09期

3 陈永城;张述泉;田象军;王华明;;激光熔化沉积4045铝合金显微组织及显微硬度[J];中国激光;2015年03期

4 齐晓宁;汪永超;刘毅;张魁伟;;面向绿色制造的切削用量优化研究[J];机械设计与制造;2012年08期

5 姜华;汤海波;方艳丽;王华明;;激光熔化沉积DZ408镍基高温合金微细柱晶显微组织及性能[J];中国激光;2012年02期

6 温鹏;郑世卿;荻崎贤二;山本元道;;填充热丝激光窄间隙焊接的实验研究[J];中国激光;2011年11期

7 张冬云;冯青华;李志波;赵志英;;激光直接制造金属零件技术在航空航天领域的应用[J];航空制造技术;2011年09期

8 刘伟;王太勇;周明;饶俊;;基于蚁群算法的工艺路线生成及优化[J];计算机集成制造系统;2010年07期

9 陈建;赵燕伟;李方义;李剑峰;;基于转换桥方法的产品绿色设计冲突消解[J];机械工程学报;2010年09期

10 左铁钏;陈虹;;21世纪的绿色制造——激光制造技术及应用[J];机械工程学报;2009年10期

相关博士学位论文 前1条

1 李陈宾;基于低能耗高效率目标的脉冲激光诱导电弧物理机制及复合焊接工艺研究[D];大连理工大学;2015年

相关硕士学位论文 前1条

1 袁丰波;316L不锈钢激光直接沉积制造工艺能效研究[D];湖南大学;2017年

本文编号：2882144