手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

等离子熔积成形能量控制建模研究

李廷忠

   等离子直接熔积成形零件技术采用等离子弧作为热源,以内送粉方式,依照预先规划的路径逐层熔积成形出所需金属零件毛坯原型。然后通过光整技术对原型件表面进行精整加工,以获得所需的尺寸精度及表面形貌。该技术充分发挥集成技术的综合优势,利用焊接方法中弧柱集束性好、热影响区小、加工柔性及成形精度高等特点。它可熔解的粉末材质种类和规格范围几乎不受限制,具有急冷快速凝固的成形特征;组织致密且优于铸件组织,并可制造具有梯度功能材料的零件。但是该技术熔积成形较为复杂几何结构的金属零件时,由于层间的热累积效应,以及熔积层内的热惯性作用,使得输入到熔池内的热能量向固-液界面方向迅速扩散。当熔池中的热累积量超过热平衡所需的能量时,它会推动固-液界面向固态方向移动,进而扩大熔池的几何尺寸,导致最终熔积层的宽度超过预先设置的路径宽度。这样加大了后续的表面光整加工量,严重情况下,熔解的液态金属在重力作用下出现流淌烧塌现象,使得金属零件无法成形。为避免因热累积作用易造成的流淌、烧塌致使零件无法成形,本文通过经典数学理论来建立数学模型,以达到控制等离子焊枪输送到熔池的热能量、减少熔积层间及固液界面间的温度梯度、削弱熔池固-液边界的热扩散作用。最终有效地控制熔池几何尺寸来减少熔积成形过程中的流淌量,提高金属零件原型的可成形性和精度。 所建立的数学模型将熔积成形过程中涉及到热输入量大小的特征物理量有机地耦合在一起。熔积成形第一层时忽略初始温度,多层熔积成形时考虑层间初始温度,分别构建二个不同的非线性数学模型。通过预先设置可动参数的多输入量,先在MATLAB平台上用MATLAB语言编程,计算出热源中心点到熔池最大宽度处两点连线的距离最大值。再使用可视化编程技术设计一个可视化计算对话框,输入设置的工艺成形参数,可以立即计算出表征热输入量的关键物理量-电流值大小。再借助实验中所的采集数据,通过最佳组合工艺值对多层熔积成形数学模型进行修正,得到热输入量计算预测的数学模型。计算热输入量前设计了等离子焊枪的热效率实验,以及其他热输入的相关实验,然后对可视化计算界面中的各输入变量分别做了数值计算。……   
[关键词]:等离子熔积成形;热输入控制;数学模型;金属零件;几何形貌
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:华中科技大学2006年