【摘 要】
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激光熔覆弯板同步成形技术是借助高能激光束将待熔覆金属粉末与基材冶金结合,从而获得具有优异表面涂层性能同时基板发生一定曲率弯曲的特殊零部件的工艺技术。其中垂直于扫描方向的各截面成形角度非一致是阻碍激光熔覆弯板同步成形技术工程应用的一个技术难题,其直接影响着产品的尺寸、精度以及装配性能。为了清晰的认识成形角度非一致性的形成机制,以及在采用该工艺技术时达到控制并优化成形的效果。本文采用数值模拟与实验相结
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激光熔覆弯板同步成形技术是借助高能激光束将待熔覆金属粉末与基材冶金结合,从而获得具有优异表面涂层性能同时基板发生一定曲率弯曲的特殊零部件的工艺技术。其中垂直于扫描方向的各截面成形角度非一致是阻碍激光熔覆弯板同步成形技术工程应用的一个技术难题,其直接影响着产品的尺寸、精度以及装配性能。为了清晰的认识成形角度非一致性的形成机制,以及在采用该工艺技术时达到控制并优化成形的效果。本文采用数值模拟与实验相结合,基于304不锈钢基板和Ni60A熔覆材料研究了同步成形过程中的成形角度非一致性规律,分析其产生机制并提出抑制成形角度非一致性的有效方法,本文研究工作对此工艺技术的推广应用有着实际参考价值。研究中设计了扫描道数、扫描速度、功率等不同工艺参数,实验试样采用热电偶来获取特征点温度数据、XRD获取熔覆层表面的应力数据、三坐标测量机获取成形角度数据;模拟中通过后处理获取与实验对应模型的温度场特征点温度、应力场熔覆层表面应力、基于温度与应力关系求解计算的成形角度数据。分析讨论了成形过程成形角度变化规律,并设计了分段变速扫描方案以降低成形角度非一致性程度。研究结果表明:(1)试样整体呈现朝向激光的正向弯曲,且垂直于扫描线的不同截面弯曲成形角度是不一致的,各截面弯曲成形角度与其塑性变形区域面积正相关。(2)同步成形过程中,垂直于扫描线的各截面经历了弹-弹塑混合-弹性变形三个阶段,经过这三个阶段的成形累积最终完成了整个成形过程,从而呈现出各截面成形角度非一致性现象。(3)熔覆道数在1~11道内增加时,各截面弯曲成形角度和非一致性程度都随之增大;扫描速度在50~90 mm/min内升高时,单道熔覆条件下成形效果变化不明显,3道熔覆条件下各截面弯曲成形角度减小,非一致性程度增大;激光功率在900~1300 w内升高时,无论是在单道熔覆条件还是3道熔覆条件下,各截面弯曲成形角度和非一致性程度都随之增大。(4)分段变速扫描方式可以有效降低非一致性程度。速度控制在50~90 mm/min内保证熔覆效果时,分段变速50-50-50-90 mm/min方案的成形效果最好,该方案每段扫描长度为11.25mm,相比恒速50 mm/min非一致性程度减小了14.17%。
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