三元叶片特征结构的激光直接制造工艺研究

发布时间：2023-12-02 19:20

　　三元叶片的传统制造方法往往存在加工难度大,材料去除率高,加工周期长等问题,而且在叶片的扭转角度过大,流道过窄的情况下,极易发生干涉,制造过程面临很大的难度和挑战,甚至无法加工。激光直接制造技术作为一种新型的增材制造技术,可以将复杂的三维空间结构简化为二维平面问题,实现各种高性能、复杂零件的快速、无模具、高致密近净成形,能够缩短加工周期,提高材料利用率,因此,其在三元叶片的研制、制造及修复过程中,有着巨大优势及良好的发展前景。三元叶片悬垂角度大的结构特点和激光直接制造过程中采用的平面分层方式,易引起“阶梯效应”和干涉碰撞,而且三元叶片表面高度和各处悬垂角度的不一致性引起的扫描轨迹、能量输入、熔池冷却速度的差异,将会导致成形出的叶片各个位置存在不一致的微观组织及机械性能,增加了激光直接制造过程控制的难度,而关于其研究却鲜有报道。本文基于三元叶片的结构特点,从激光直接制造工艺参数对于熔覆层几何特征的影响规律出发,针对三元叶片中包含的特征结构,即垂直薄壁结构、斜坡薄壁结构、悬垂薄壁结构,分析特征结构成形的影响因素,结合激光与材料相互作用的原理等分析激光直接制造过程对特征结构的宏微观特征的影响,...

【文章页数】：150 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外相关工作研究进展
        1.2.1 金属构件激光直接制造技术的研究现状
        1.2.2 熔覆层几何特征的研究现状
        1.2.3 成形结构的研究现状
    1.3 存在的问题
    1.4 本文的研究意义与研究内容
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 研究目标及研究内容
        1.4.3 技术路线
2 激光直接制造工艺参数对熔覆层几何特征的影响
    2.1 熔覆层的几何特征预测模型建立
        2.1.1 粉末流对于激光能量的遮挡作用
        2.1.2 熔覆层几何特征预测模型的建立
    2.2 熔覆层几何特征预测模型的预测结果
        2.2.1 实验设备及材料
        2.2.2 实验样品的处理及检测
        2.2.3 熔覆层宽度的预测结果
        2.2.4 熔覆层深度的预测结果
        2.2.5 熔覆层高度的预测结果
    2.3 质能量和线质量对熔覆层几何特征的影响
        2.3.1 熔覆层的高度
        2.3.2 熔覆层的宽度
        2.3.3 熔覆层的深度
        2.3.4 熔覆层的深高比和宽高比
        2.3.5 熔覆层的稀释率
    2.4 本章小结
3 激光直接制造工艺参数对垂直薄壁结构组织及性能的影响
    3.1 质能量和线质量对于垂直薄壁结构组织及性能的影响
        3.1.1 沉积层的几何特征
        3.1.2 微观组织特征
        3.1.3 硬度分布
        3.1.4 拉伸性能分析
    3.2 激光能量输入对于垂直薄壁结构组织及性能的影响
        3.2.1 微观组织特征
        3.2.2 硬度分布
        3.2.3 残余应力分布
        3.2.4 拉伸性能分析
    3.3 本章小结
4 激光直接制造斜坡薄壁结构的成形方法及组织性能分析
    4.1 离焦量对单层熔覆层高度的影响
    4.2 Z轴单层行程对薄壁件沉积成形的影响
    4.3 斜坡薄壁结构的3D分层激光直接制造成形
    4.4 成形方式对斜坡薄壁结构组织及性能的影响
        4.4.1 微观组织特征
        4.4.3 硬度分布
        4.4.4 拉伸性能分析
    4.5 本章小结
5 激光直接制造悬垂薄壁结构的成形精度分析
    5.1 扫描方式对悬垂薄壁结构几何特征的影响
    5.2 设计角度对悬垂薄壁结构实验角度的影响
    5.3 Z轴单层行程对悬垂薄壁结构实验角度的影响
    5.4 不同工艺参数条件的Z轴单层行程
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3870176