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变参数法薄壁机匣模拟件激光熔覆成形研究

郭会茹

   传统方法加工薄壁机匣组合件,工艺复杂、加工变形难控制、生产周期长,且支板与筒体之间采用焊接方法连接,薄壁结构焊接过程中易引起挠曲变形,影响机匣尺寸形状和整体性能。激光熔覆成形技术(Laser Cladding Forming, LCF)能够成形出具有功能特性的高致密复杂形状金属零件,可满足机匣工作的高性能要求。然而,开环控制和3轴数控条件下,采用固定优化LCF工艺参数组合熔覆成形薄壁机匣件,“2.5D”成形台阶效应不可避免且多层熔覆成形热累积效应严重,影响机匣斜坡结构形状精度及整体成形质量。将变参数法引入LCF工艺中,选择合适的工艺参数及其变化范围,有规律地改变参数,实现了对机匣整体熔覆成形质量的改善,具体工作及结果如下: (1)分析机匣熔覆成形关键工艺,在此基础上设计变参数法机匣模拟件整体激光熔覆成形过程,深入分析变参数法成形过程原理知:近连续变送粉量成形可逼近于实时监测送粉量成形过程,从而减小机匣斜坡支板成形台阶效应,变激光功率和扫描速度成形可逼近于实时监测熔池成形过程,从而减小多层连续熔覆成形过程中的热累积效应,为后续变参数多层熔覆成形试验提供理论依据。 (2)深入研究稳定送粉状态下送粉量、激光功率及扫描速度对熔覆道几何尺寸和熔覆质量的影响规律,结果表明:送粉量范围0.5-2.5g/min,获得较好质量熔覆道;激光功率400W和送粉量2.0g/min组合有利于保证多层熔覆成形质量,每层Z轴提升量0.21mm;扫描速度500mm/min有利于保证成形制件综合性能;变送粉量法控制成形制件形状精度比较有效;最佳工艺参数组合熔覆成形获得致密、硬度580HV的熔覆道。 (3)针对机匣斜坡支板“2.5D”成形台阶效应问题,建立变厚度切片成形几何模型。0.5-2.5g/min内近连续增大送粉量,获得高度0.05-0.42mm近线性增大的单道单层熔覆层。采用Matlab仿真变厚度切片成形过程,规划正确扫描路径。通过变送粉量多层熔覆成形试验,成形出表面相对较光滑、形状较规则的斜坡薄壁件,有效减小了台阶效应。 (4)采用每层固定偏移0.05mm和0.026mm,分别获得了侧表面平整度较好的机匣内、外锥壳;选择直线形和圆弧形熔覆道扫描轨迹之间的较佳中心距0.67mm来搭接成形,实现了内、外锥壳与支板的良好连接。设计机匣整体成形激光扫描路径,每层变换成形起点,并改变Z轴提升量来配合变送粉量法成形,直接成形出具有规则斜坡和锥壳形状薄壁结构的机匣模拟件。采用变参数法和冷却等待法减小多层成形热累积效应,提高了机匣整体熔覆质量,结果表明:变参数法更有利于提高机匣整体成形几何尺寸精度。……   
[关键词]:激光熔覆成形;薄壁机匣模拟件;变参数;成形过程仿真;熔覆质量
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2010年