微束等离子弧外填丝快速成形工艺研究

发布时间：2018-06-07 23:08

  本文选题：微束等离子弧 + 快速成形　； 参考：《哈尔滨工业大学》2014年硕士论文

【摘要】：微束等离子弧（MPA）快速成形（RP）采用低于30A的等离子弧作为热源，金属焊丝作为填充材料，依逐层累加的原理实现金属的直接成形。本文以平板一维约束下的MPA-RP为研究对象，以优化成形工艺、提高成形质量为目标，在搭建实验系统与确定成形参数的基础上建立了多重堆积层间尺寸预测模型，研究并优化了道间搭接工艺。最后，采用数值模拟的方法以翘曲变形最小为目的，对多重堆积层间与道间堆积路径进行优化，确保成形质量。 首先，设计并实现了快速成形实验系统。整个系统由三维运动平台、焊接设备、堆积层尺寸检测设备及相应控制软件组成。完成相关设备标定，确定送丝速度v2、堆积电流I与堆积速度v1工艺参数间成形匹配关系。确定多层堆积层间温度为100℃。 针对于单道多层堆积，采用二次正交回归旋转组合设计的方法建立堆积各层尺寸与上述工艺参数及层次数n之间的二次回归方程模型。采用统计性检验的方法验证该方程模型对多层堆积尺寸预测的有效性。以此为基础进行定宽度变参数下的单道多层堆积成形实验。堆积层与模型最大偏差为7%且出现于第一层，模型预测与实际堆积结果吻合效果良好。 建立多道单层成形轨迹搭接模型，分析轨迹截面宽高比λ、道间距l对搭接率η和成形质量的影响规律。进行不同宽高比λ下的搭接实验，实验结果与理论推导一致表明：提高宽高比λ有利于成形质量的提高，，λ4搭接时成形缺陷大大降低，搭接层上表面平整度提高。宽高比λ对成形质量的影响是由于不同λ下加热区域及金属填入状态不同所致。当宽高比增大时，因液态金属表面张力及加热区域的变化导致了搭接层上表面平整度的提高。 为优化实际堆积路径、减小堆积变形，基于MSC. Marc数值模拟研究了一维平板约束下多重堆积层间与道间堆积方向对基板及堆积层温度、应力分布和翘曲变形的影响。不同路径下堆积时不同的加热循环特点使残余应力的分布状态不同，最终产生了不同的翘曲变形。经对比分析，多重堆积时，层间交错异向优于同向堆积，道间往复异向优于同向堆积。 最后，将优化后的路径与多层堆积层高落差累积综合优化后进行单道多层堆积；与多道堆积时搭接质量影响综合后进行多道单层堆积。实验结果表明：模拟优化后的路径与实际成形工艺结合后大大降低了堆积层与基板的翘曲变形，保证了多重堆积成形质量。
[Abstract]:The plasma arc less than 30 A is used as the heat source and the metal wire as the filling material to realize the direct forming of the metal according to the principle of layer by layer accumulation. In this paper, the MPA-RP with one-dimensional constraint on flat plate is taken as the research object, with the aim of optimizing the forming process and improving the forming quality, a multi-layer interlayer dimension prediction model is established on the basis of setting up the experimental system and determining the forming parameters. The interchannel lap process was studied and optimized. Finally, with the aim of minimizing warpage deformation, numerical simulation is used to optimize the stacking path between multiple stacking layers and paths to ensure the forming quality. Firstly, a rapid prototyping experimental system is designed and implemented. The whole system consists of three-dimensional motion platform, welding equipment, accumulative layer size detection equipment and corresponding control software. Complete the calibration of related equipment, determine the wire feeding speed v2, stacking current I and stacking velocity v1 process parameters forming matching relationship. The temperature between layers is determined to be 100 鈩

本文编号：1993201