基于光內(nèi)同軸送粉激光熔覆變截面異形薄壁件堆積成形研究.pdf

1、目前激光熔覆三維快速成形（LCRM）中所采用的送粉方式主要為光外側(cè)向送粉和光外同軸送粉兩種，前者激光束與粉末的耦合性較差，成形零件表面粗糙度較高，后者結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，粉末利用率低。為此，本實驗室提出了一種新型光內(nèi)同軸送粉激光熔覆快速成形技術(shù)，該技術(shù)具有光粉耦合性好，粉末利用率高，熔池能量分布較均勻，形成的熔道比較平整等優(yōu)勢。本文對光內(nèi)送粉熔覆的熔池能量分布和溫度場進行了研究分析，系統(tǒng)分析了光內(nèi)送粉激光熔覆成形工藝，重點對圓截面到橢圓截

2、面逐漸變化的異形薄壁件高層堆積成形過程中的溫度場進行了研究并堆積成形了該薄壁件。
　　通過對光粉耦合理論的分析，對送粉噴嘴的對中機構(gòu)進行了設(shè)計改進，設(shè)計了一種新型粉嘴對中調(diào)節(jié)裝置，該裝置可在加工前以及加工過程中進行對中調(diào)節(jié)，改進后光頭的光粉耦合性增強。
　　系統(tǒng)研究了環(huán)形激光光斑功率、送粉速度和掃描速度等因素對單道熔覆成形表面形貌、熔覆層的寬度和高度以及寬高比的影響，建立了寬高比與上述影響因素之間的回歸方程并進行顯著性檢驗，

3、為采用該工藝成形變截面異形薄壁件以及今后環(huán)形光激光熔覆成形技術(shù)的應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)。
　　對環(huán)形激光輻照下的光斑能量分布進行了分析，利用ANSYS分析軟件建立了環(huán)形光輻射下的單道熔覆的有限元模型，熔池截面不同位置點的溫度等值線分布圖表明環(huán)形光輻照下的溫度分布比傳統(tǒng)的實心光斑溫度分布更為均勻，在激光熔覆成形方面更具優(yōu)勢。
　　在PMAC控制系統(tǒng)的平臺上編制變截面異形薄壁件的加工成形程序，根據(jù)前述單道實驗的結(jié)論選擇堆積成形

4、的初始工藝參數(shù)并確定試驗方案；建立了變截面異形薄壁件的有限元模型，分析了成形過程中的溫度場演變過程和定點溫度的熱循環(huán)，仿真模擬了成形過程中為保證熔池溫度的穩(wěn)定所需要的激光功率的大??；通過CCD層高控制，利用模擬得出的功率變化值調(diào)節(jié)激光器功率，成功熔覆成形了圓截面到橢圓截面逐漸變化的變截面異形薄壁件，對成形件進行后續(xù)熱處理并對其表面形貌、尺寸精度、金相組織、顯微硬度和耐磨系數(shù)等進行了分析，成形零件綜合性能結(jié)果表明：成形件表面光滑，沒有粘粉