基于GRNN和NSGA-Ⅱ的激光熔覆工艺参数多目标优化研究
发布时间：2021-02-08 06:39
随着航空航天、生物医疗、汽车制造业、船舶业等领域的不断发展,对复杂结构零部件的需求越来越多,快速成型需求和结构个性化需求也不断增加,而传统制造技术对于复杂结构件存在加工困难、浪费材料、生产效率低等缺点。激光熔覆成形技术是一种以激光为热源的金属增材制造技术,用于复杂零部件的制造以及各种功能件的表面涂层、零件修复等领域。但是,由于激光熔覆层的性能参数受各工艺参数的直接影响,如何优化工艺参数（激光功率、扫描速率、送粉速率等）使多个熔覆层性能参数综合到达最优成为一个研究热点。本文从理论上研究激光熔覆成形技术工艺参数对熔覆层截面宏观几何尺寸（高度、宽度、横截面积）的影响规律,通过运用三维热传导方程建立单道熔覆层温度分布方程,求解方程得到单道熔覆层温度分布,从而得到了单道熔覆层温度沿y轴分布的规律,再根据激光熔覆粉末质量守恒,得到工艺参数对熔覆层几何尺寸的影响规律。以激光熔覆工艺参数试验数据为基础,通过对试验数据的直观分析,从试验数据上得到了工艺参数对熔覆层性能参数（横截面积、显微硬度、稀释率、热影响区深度）的影响趋势以及主次顺序,再通过方差分析精确分析了工艺参数对性能参数的影响显著程度。在激光熔...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属增材制造基本原理和流程[16]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-2选择性激光烧结技术原理[4]选择性激光烧结技术的优点有：可适用的材料广泛、材料利用率高、工艺简单，广泛应用于各个制造业领域；但是激光烧结件致密度较低、存在球化现象、易翘曲变形从而使得制件精度较低、强度较低[19]。2016年，Bai等[20]研究了将聚乙烯作为选择性激光烧结的材料，结果表明，激光功率的增大和冷却速度的降低可以提高聚乙烯成形件的力学性能。2017年，Fatemi等[21]通过试验研究了激光烧结316L不锈钢的工艺参数对成形件密度和厚度的影响，结果表明，成形件的密度和厚度随着激光功率和电流的增大而增大，随着扫描速度的增大而减校2017年，杨来侠等[22]研究工艺参数对PS与ABS复合粉末成形件机械性能的影响，结果表明，成形件的机械性能随着激光功率的增大而增大，随着扫描速率以及粉末单层厚度的增大而减校1.2.1.2选择性激光熔化技术（SLM）选择性激光熔化技术也是一种以激光作为热源、采用铺粉的方式的一种激光增材制造技术，其基本原理和步骤与选择性激光熔化技术相似，不同之处在于，选择性激光熔化的粉末先加热熔化后凝固[23]，如图1-3所示。整个激光扫描熔化过程在真空环境或者保护气氛下进行。选择性激光熔化技术成形件致密度高、尺寸精度高、表面质量好、力学性能优良[23]。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-图1-3选择性激光熔化技术原理[23]2001年，华南理工大学团队研发了惰性气体保护的选择性激光熔化设备，用该设备得到的制件致密度接近100%，尺寸精度可以达到0.01mm，表面粗糙度到达30~50μm[24]。2014年，王小军[25]研究了工艺参数和热处理对选择性激光熔化Al-Si合金制件显微组织和力学性能的影响，分析了SLM工艺中存在的球化、热影响区、裂纹、残余应力等形成机理。2017年，李文贤等[26]研究了热处理对选择性激光熔化制件的显微组织和力学性能的影响，结果表明，退火热处理后的制件缺陷明显减少，机械性能也提高。1.2.1.3选区电子束熔化技术（SEBM）选区电子束熔化技术是一种以电子束作为热源、采用铺粉方式的金属增材制造技术，其基本原理和制造流程与SLS和SLM基本一致，只是将热源替换为电子束，如图1-4所示。由于电子束相较于激光而言，电子束的功率更大、材料对电子束的吸收率更高，因此选区电子束熔化技术具有效率高、热应力小的特点，适用于钛合金、钛铝合金等难熔金属和高性能金属的成形[27,28]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于神经网络的宽带激光熔覆熔池特征参数预测[J]. 雷凯云,秦训鹏,刘华明,冉渊. 光电子·激光. 2018(11)
[2]金属增材制造技术研究与应用现状及趋势[J]. 程俊廷,常天瑞. 中国设备工程. 2018(20)
[3]3D打印技术论述[J]. 陈志椿. 信息系统工程. 2018(10)
[4]金属增材制造技术的研究现状[J]. 刘勇,任香会,常云龙,高世一,董春林. 热加工工艺. 2018(19)
[5]金属材料增材制造技术的应用研究进展[J]. 张在玉. 世界有色金属. 2018(14)
[6]金属增材制造技术的应用与发展[J]. 程梓原. 世界有色金属. 2018(15)
[7]42CrMo合金表面单道轨迹激光熔覆工艺研究[J]. 程伟,武美萍,唐又红,王航,叶秀. 激光与光电子学进展. 2019(04)
[8]金属材料增材制造（3D打印）技术的局限性[J]. 屈华鹏,张宏亮,冯翰秋,陈海涛,郎宇平,王留兵,许斌,宋丹戎. 热加工工艺. 2018(16)
[9]支持向量机的功能复合材料离心铸造参数自适应优化[J]. 田静,侯击波. 铸造技术. 2018(08)
[10]3D打印技术研究概况[J]. 陈志茹,夏承东,李龙,楚瑞坤,周德敬. 金属世界. 2018(04)
博士论文
[1]Al-Si合金的选择性激光熔化工艺参数与性能研究[D]. 王小军.中国地质大学（北京） 2014
硕士论文
[1]面向再制造的激光熔覆的工艺参数多目标优化[D]. 许向川.中北大学 2019
[2]倾斜基面上激光熔覆成形工艺基础与力学性能研究[D]. 何宇.哈尔滨工业大学 2018
[3]激光近净成形金属三元叶轮叶片实验研究[D]. 石龙飞.大连理工大学 2016
[4]激光近净成形316L不锈钢块体材料的工艺与性能研究[D]. 李俊鑫.大连理工大学 2016
[5]激光近净成形工艺研究及其性能分析[D]. 沈初杰.合肥工业大学 2016
[6]激光近净成形氧化铝薄壁件温度场模拟与优化[D]. 吴楠.大连理工大学 2013
本文编号：3023517
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属增材制造基本原理和流程[16]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-2选择性激光烧结技术原理[4]选择性激光烧结技术的优点有：可适用的材料广泛、材料利用率高、工艺简单，广泛应用于各个制造业领域；但是激光烧结件致密度较低、存在球化现象、易翘曲变形从而使得制件精度较低、强度较低[19]。2016年，Bai等[20]研究了将聚乙烯作为选择性激光烧结的材料，结果表明，激光功率的增大和冷却速度的降低可以提高聚乙烯成形件的力学性能。2017年，Fatemi等[21]通过试验研究了激光烧结316L不锈钢的工艺参数对成形件密度和厚度的影响，结果表明，成形件的密度和厚度随着激光功率和电流的增大而增大，随着扫描速度的增大而减校2017年，杨来侠等[22]研究工艺参数对PS与ABS复合粉末成形件机械性能的影响，结果表明，成形件的机械性能随着激光功率的增大而增大，随着扫描速率以及粉末单层厚度的增大而减校1.2.1.2选择性激光熔化技术（SLM）选择性激光熔化技术也是一种以激光作为热源、采用铺粉的方式的一种激光增材制造技术，其基本原理和步骤与选择性激光熔化技术相似，不同之处在于，选择性激光熔化的粉末先加热熔化后凝固[23]，如图1-3所示。整个激光扫描熔化过程在真空环境或者保护气氛下进行。选择性激光熔化技术成形件致密度高、尺寸精度高、表面质量好、力学性能优良[23]。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-图1-3选择性激光熔化技术原理[23]2001年，华南理工大学团队研发了惰性气体保护的选择性激光熔化设备，用该设备得到的制件致密度接近100%，尺寸精度可以达到0.01mm，表面粗糙度到达30~50μm[24]。2014年，王小军[25]研究了工艺参数和热处理对选择性激光熔化Al-Si合金制件显微组织和力学性能的影响，分析了SLM工艺中存在的球化、热影响区、裂纹、残余应力等形成机理。2017年，李文贤等[26]研究了热处理对选择性激光熔化制件的显微组织和力学性能的影响，结果表明，退火热处理后的制件缺陷明显减少，机械性能也提高。1.2.1.3选区电子束熔化技术（SEBM）选区电子束熔化技术是一种以电子束作为热源、采用铺粉方式的金属增材制造技术，其基本原理和制造流程与SLS和SLM基本一致，只是将热源替换为电子束，如图1-4所示。由于电子束相较于激光而言，电子束的功率更大、材料对电子束的吸收率更高，因此选区电子束熔化技术具有效率高、热应力小的特点，适用于钛合金、钛铝合金等难熔金属和高性能金属的成形[27,28]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于神经网络的宽带激光熔覆熔池特征参数预测[J]. 雷凯云,秦训鹏,刘华明,冉渊. 光电子·激光. 2018(11)
[2]金属增材制造技术研究与应用现状及趋势[J]. 程俊廷,常天瑞. 中国设备工程. 2018(20)
[3]3D打印技术论述[J]. 陈志椿. 信息系统工程. 2018(10)
[4]金属增材制造技术的研究现状[J]. 刘勇,任香会,常云龙,高世一,董春林. 热加工工艺. 2018(19)
[5]金属材料增材制造技术的应用研究进展[J]. 张在玉. 世界有色金属. 2018(14)
[6]金属增材制造技术的应用与发展[J]. 程梓原. 世界有色金属. 2018(15)
[7]42CrMo合金表面单道轨迹激光熔覆工艺研究[J]. 程伟,武美萍,唐又红,王航,叶秀. 激光与光电子学进展. 2019(04)
[8]金属材料增材制造（3D打印）技术的局限性[J]. 屈华鹏,张宏亮,冯翰秋,陈海涛,郎宇平,王留兵,许斌,宋丹戎. 热加工工艺. 2018(16)
[9]支持向量机的功能复合材料离心铸造参数自适应优化[J]. 田静,侯击波. 铸造技术. 2018(08)
[10]3D打印技术研究概况[J]. 陈志茹,夏承东,李龙,楚瑞坤,周德敬. 金属世界. 2018(04)
博士论文
[1]Al-Si合金的选择性激光熔化工艺参数与性能研究[D]. 王小军.中国地质大学（北京） 2014
硕士论文
[1]面向再制造的激光熔覆的工艺参数多目标优化[D]. 许向川.中北大学 2019
[2]倾斜基面上激光熔覆成形工艺基础与力学性能研究[D]. 何宇.哈尔滨工业大学 2018
[3]激光近净成形金属三元叶轮叶片实验研究[D]. 石龙飞.大连理工大学 2016
[4]激光近净成形316L不锈钢块体材料的工艺与性能研究[D]. 李俊鑫.大连理工大学 2016
[5]激光近净成形工艺研究及其性能分析[D]. 沈初杰.合肥工业大学 2016
[6]激光近净成形氧化铝薄壁件温度场模拟与优化[D]. 吴楠.大连理工大学 2013
本文编号：3023517
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3023517.html
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