关键词： 电弧熔丝增材制造   复杂截面   等距填充   热锻模   水平集   有限差分  

摘要： 为了解决增材制造、计算机数控(CNC)加工中的任意复杂截面的等距填充问题,提出了一种基于水平集函数的等距填充路径生成算法.首先,针对复杂截面等距填充问题的特点,提出了水平集函数演变偏微分方程及其演变规则,通过有限差分法构建了前向欧拉迭代公式并设计了整个等距填充的算法流程;然后,使用一个复杂截面进行了有限差分数值实验验证,结果表明提出的新算法能够避免复杂的多边形交、差、并、裂解等运算,高效处理复杂截面的等距随形状填充;最后,以一个失效的曲轴热锻模为例,进行了分层切片、等距填充规划处理和电弧熔丝增材制造修复实验,验证了算法的有效性.

关键词： 大型金属构件   电弧熔丝增材制造   工艺控制  

摘要： 电弧增材制造因其成形效率高、适用材料范围大、设备简单、工件尺寸不受限制等特点,在航空航天领域大型金属构件制备方面具有独特优势。对航空航天领域涉及的电弧熔丝增材制造(Wire and Arc Additive Manufacturing,WAAM)典型材料的微观组织及力学性能进行了总结分析,从增材过程工艺控制、增材后热处理以及复合增材技术三个方面综述了电弧熔丝增材工艺质量控制的方法,并概述了近年来大型金属构件电弧熔丝增材制造的应用情况,最后对大型金属零件电弧熔丝增材制造技术的发展方向进行了展望。

关键词： 电弧熔丝增材制造   随动锤击   锤击气压   梁结构   瞬态动力学  

摘要： 电弧熔丝增材随动锤击精整-消应力过程对增材装置整体结构变形存在一定的影响,为保证增材设备的使用精度,分析了不同锤击气压、锤击位置对设备结构变形的影响。解析计算出锤击气压与锤击速度的关系,建立了大型电弧增材设备框梁结构承载有限元分析模型,分析、确立了锤击过程中横梁受到的锤击反力,并根据工作位置、锤击气压的不同设计了15种工况,对各工况进行了瞬态动力学分析。分析结果显示,在各锤击气压下,锤击对横梁重力方向的变形影响最大,最大变形区域出现在横梁中央部位。该研究为设备后续的优化提供了依据,具有一定的工程应用价值。

关键词： 电弧增材制造   单电源三丝共熔滴   熔滴过渡   成形精度   力学性能  

摘要： 为了提高大型金属构件的成形效率与精度,使用了单电源三丝共熔滴电弧增材制造系统.分析了三丝电弧增材制造“共同熔滴”的形成过程,研究了工艺参数对熔滴过渡行为与堆积层形貌的影响,并优化出堆积工艺参数,增材制造出艉轴架轮毂模拟件.三根丝材末端首先形成三个独立的单丝熔滴,熔滴在电磁力和表面张力的作用下形成“共同熔滴”.熔滴不会在丝材末端旋转,具有平稳的熔滴过渡过程.当单电源三丝电弧熔丝增材制造电流为400 A,电压为26 V时为排斥过渡,过渡频率为25 Hz,堆积层平整度为0.86;当电流为500 A,电压为26V时为潜弧过渡,过渡频率为33 Hz,堆积平整度为0.42;当电流为600 A,电压为28 V时为颗粒过渡,过渡频率为66 Hz,堆积平整度为0.38;当电流为700 A,电压为30 V时为射滴过渡,过渡频率为125 Hz,堆积平整度为0.67.单电源三丝成形艉轴架轮毂模拟件优选的工艺参数为:电流为600 A,电压为28 V,其成形精度为±1.2mm,平均成形效率为7 kg/h,并且艉轴架轮毂模拟件力学性能满足使用需求.

关键词： 电弧增材制造   层间等待时间   成形质量  

摘要： 预设8 mm焊道宽度,采用不同层间等待时间进行4043铝合金的单道多层电弧增材制造试验,借助金相显微镜、万能试验机研究了层间等待时间对电弧增材件的外观形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明,层间等待时间是焊道增材高度、焊道侧表面粗糙度和厚度均匀性的关键因素。当层间等待时间为20~30 s时,外观成形质量良好,拉伸性能最优。随着层间等待时间的增加,晶粒逐渐细化。层间等待时间为0~30 s时,硬度呈中部低,底部、顶部高的分布;当层间等待时间为40 s时,硬度从底部到顶部呈下降趋势。

关键词： 电弧增材制造   纵向直流磁场   热影响区HAZ   韧性断裂  

摘要： 为了解决电弧增材制造铝合金过程中出现的气孔和微观组织缺陷问题,课题组采用了纵向直流磁场来辅助电弧增材制造铝合金的方法,研究了纵向直流磁场对成形件的焊缝气孔、组织形貌和力学性能的影响。结果表明:纵向直流磁场可以降低增材制造铝合金成形件的孔隙率,改变熔合线的形貌,细化铝合金内部的微观组织;施加了纵向直流磁场辅助电弧增材制造铝合金的成形件,横向和纵向极限抗拉强度分别达到了176.5和182.9 MPa,相比于无磁场条件下提升了9.3%和14.4%,组织性能明显优于无磁场条件下的成形件;施加了磁场后的成形件拉伸断口表面气孔数较无磁场下明显减少,断口形貌呈韧性断裂。

关键词： 摆动电弧熔丝增材制造   残余应力   增材路径  

摘要： 传统的电弧熔丝增材技术在大型构件生产中容易形成残余应力影响构件性能,而摆动电弧熔丝增材技术可以有效改善残余应力,因此针对摆动电弧熔丝增材技术,综述了摆动电弧熔丝增材技术残余应力形成机理、消除或控制残余应力的研究和工艺方法;阐述了摆动电弧熔丝增材技术的工艺参数及增材路径对温度场及残余应力的影响,最后简要介绍了摆动电弧熔丝增材技术的应用案例,以期为提高电弧熔丝增材构件力学性能提供引导。

关键词： 电弧微爆法   GH4169   球形粉末   增材制造  

摘要： 随着增材制造技术的飞速发展,GH4169制成的复杂零部件被广泛用于航空航天、汽车和能源等领域。球形粉末原材料是影响增材制造零部件性能的关键因素,气雾化法是目前主流的生产方法,具有细粉率高、粉末粒度分布窄等特点,但也存在球形度相对较差、卫星粉和空心粉多、材料成分偏析严重等问题。文中试验研究了一种微细球形金属粉末制备方法,称为电弧微爆法(Arc Plasma Micro-Blasting,APMB),该方法是一种利用电弧放电生产粉末的新方法,包含了一些雾化法+旋转电极法的特性。所制备的GH4169粉末,具有较高的球形度和良好的流动性,霍尔流速为17 s/50 g,松装密度为4.34 g/cm^(3),振实密度为4.82 g/cm^(3)。该粉末的主要相为γ相,在枝晶间区域内没有明显的Laves相,满足增材制造对粉末的要求。

关键词： 增材制造   TC4钛合金   力学性能   疲劳寿命  

摘要： 钛合金是深海潜水器耐压结构的主要候选材料。电弧送丝增材制造技术(WAAM)凭借其高效率、低成本、高灵活性等优点,在深潜器耐压结构部件上极具应用前景。然而,增材制造钛合金的力学性能问题阻碍了其进一步发展。本文选取电弧送丝增材制造TC4钛合金材料开展试验得到其相关力学性能参数,并进一步建立疲劳裂纹萌生寿命的有限元预测模型,通过与试验结果对比验证此模型在预测增材制造TC4钛合金材料疲劳裂纹萌生寿命时的可行性。试验结果表明:电弧送丝增材制造TC4钛合金的弹性模量、抗拉强度、泊松比等性能与传统TC4锻件的相近,但疲劳性能差距较大;本文建立的疲劳裂纹萌生寿命预测模型与试验结果误差不超过40%,具有一定的参考价值。

关键词： 电弧增材制造   显微组织   力学性能   镁合金   钆  

摘要： 采用钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧增材制造技术制备钆质量分数分别为2%,3%,10%的Mg-Gd合金,研究了钆含量对Mg-Gd合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:不同钆含量Mg-Gd合金的显微组织均由镁基体和第二相Mg_(5)Gd组成。随着钆含量的增加,沿晶界分布的第二相Mg_(5)Gd的数量和尺寸增加,形状由圆形颗粒状向长条状转变,合金中气孔数量及尺寸降低,镁晶粒从柱状晶向等轴晶转变,且晶粒尺寸先减小后增大,当钆质量分数为3%时达到最小。随着钆含量的增加,合金的强度增大,断后伸长率下降,断裂方式均为韧性断裂。