激光增材制造钛合金温度场数值模拟

利用ANSYS软件生死单元法,建立了激光增材制造钛合金温度场数值模型,模型中考虑了材料的相变潜热、材料的热物性参数随温度的变化以及激光增材过程中的热传导及与外界的换热;分析了激光扫描速度、激光功率对激光增材制造钛合金温度场的影响。结果表明:随激光功率的提高,激光扫描到相同位置的最大温度增加;随激光扫描速度的增加,激光扫描到相同位置的最大温度降低;在激光增材制造过程,由于激光束在空间的位置随时间的变化而改变,在激光扫描到增材区域,该区域温度快速增加;在激光离开增材区域时,由于热传导、与外界换热等综合作用,该区域的温度快速降低。     

逆向工程技术在航空模具制造中的应用

从航空模拟量飞机数字化制造和改型设计的客观要求出发,提出基于样板实现航空工装产品逆向建模方法。对逆向建模过程的误差分布情况进行分析,基于照相扫描设备提取样板轮廓信息,并通过曲线优化光顺、定位基准协调、曲面造型功能建立逆向曲面,最终通过三维激光扫描方法实现工装产品的在线检测,验证了逆向建模在航空产品制造中的应用。     

温度计算基础上的激光熔覆过程临界扫描速度的探讨

激光熔覆过程中,激光扫描速度是直接影响熔覆层质量的重要工艺参数,只有当激光扫描速度小于熔覆临界扫描速度时,才有可能实现熔覆过程.文中以熔覆层与基体交界处的点的温度计算为基础,分别利用传统经典焊接理论和有限元法对激光熔覆过程中的临界扫描速度进行计算.计算结果表明,有限元法得到的临界扫描速度更接近实际情况.     

4043铝合金激光熔丝增材制造工艺研究

送丝式增材制造方法具有节省材料、成本低、无粉末污染等优点,具有良好的发展前景。为了进行铝合金激光熔丝增材制造工艺方面的研究,试验以4043铝合金丝材为沉积材料,研究了激光功率、送丝速度及激光扫描速度对沉积单元成形形貌及成形尺寸的影响。结果表明:激光功率越大,沉积金属铺展得越均匀,沉积单元宽度越大。送丝速度和激光扫描速度主要影响丝材的沉积量。在增材制造过程中,送丝速度的增大会增加丝材的沉积量,激光扫描速度的增加会降低丝材的沉积量。     

激光扫描速度对镁合金改性层组织的影响

为了获得激光表面改性的最佳扫描速度,以工程上应用较广的AZ91D镁合金为基材,检测了采用不同扫描速度进行激光处理的镁合金试样的组织,系统分析了改性层组织随激光扫描速度的变化规律。结果表明:随着激光扫描速度的增加,改性层中β-Mg17Al12的含量降低,树枝状晶的尺寸也随之减小且具有定向凝固的分布特征。     

基于SLM热力耦合场的工艺参数优化研究

基于ANSYS软件建立了选择性激光熔覆过程中的三维应力应变分析模型,使用间接耦合的方式进行了热力耦合分析,采用生死单元方法模拟了连续实体的生成过程,讨论了激光功率、光斑半径、扫描速度对成型件残余应力的影响。基于最小残余应力准则,进一步优化选取工艺参数。结果表明:在一定的能量输入条件下,优先采用更大的扫描速度,再选取合适的激光功率和光斑半径,可减小成型件的残余应力,提升成型件质量,为选择性激光熔覆过程中工艺参数优化提供了一种思路。     

铝合金厚板激光扫描填丝焊接气孔抑制

为减少大厚板5A06铝合金激光焊接缺陷,提高焊接过程稳定性,采用激光光束以一定方式运动的扫描焊接的新焊接方法,研究了激光束不同的运动轨迹、幅度、频率对铝合金激光深熔焊接焊缝气孔率的影响,并在焊接坡口设计优化基础上应用窄间隙扫描激光填丝焊接技术进行130 mm厚5A06铝合金焊接试验. 结果表明,采用圆形扫描方式,当激光光束的扫描幅度大于1 mm,扫描频率选择最高频率附近时,能够大幅降低焊缝气孔率;采用窄间隙激光扫描填丝的焊接方法,获得了焊缝平均气孔率1%,无侧壁未熔合、层间未熔合、裂纹等焊接缺陷的130 mm厚5A06铝合金优质焊接接头.     

激光正余弦扫描过程中板材的变形行为

板材激光热应力成形是一种利用激光成形工件的柔性成形技术.对于不同的激光扫描轨迹,板材所产生的变形行为是不同的.研究激光成形过程中板材变形与扫描轨迹之间的关系对该技术的应用尤为重要.直线、正弦线和余弦线是三种典型的扫描轨迹规划.本文以板材激光单次扫描成形过程为研究对象,对激光三种扫描轨迹下板材的变形行为进行了有限元模拟,并对模拟结果进行了分析.     

基于残余应力分布优化的TBM滚刀刀圈激光熔覆涂层制备工艺研究

目的 为改善TBM(全断面隧道掘进机)涂层刀圈残余应力分布,针对刀圈涂层制备过程中的激光扫描路径开展研究,以优化刀圈涂层及涂层/基材界面的残余应力分布。方法 使用MSC. Marc 2016软件建立了刀圈涂层制备的三维完全热机耦合模型,通过试验验证了模型的准确性,并针对激光熔覆过程中扫描顺序、扫描方向和扫描终点夹角等3个工艺变量开展了应力场分析研究。结果 刀圈表面近涂层区周向/径向残余应力数值计算结果分布趋势与试验基本一致,且在涂层与基材结合的界面处,残余应力梯度达到最大,当激光扫描方向为安装孔到刃顶时,涂层刀圈残余应力的不合理分布得到了明显改善且应力最值显著降低,其中基材部分残余应力最高降低35 MPa,而调整扫描顺序和扫描终点夹角未能有效改善刀圈残余应力的分布及应力最值。结论 通过合理设计熔覆过程中的扫描路线,可以有效改善刀圈涂层的残余应力分布并降低残余应力最值,对延长TBM涂层刀圈服役寿命具有重要的指导意义。     

激光功率与扫描速度对选区激光熔化钴铬合金组织性能的影响

目的 明确选区激光熔化钴铬合金中激光线能量密度、激光功率和激光扫描速度对成形件组织、性能的影响,探究优化工艺参数的方法。方法 基于ANSYS有限元软件模拟选区激光熔化过程中熔池尺寸的基础上,通过金相显微镜分析了熔池尺寸和显微组织,电子背散射衍射分析了晶粒尺寸,使用力学试验机和洛氏硬度计研究了试样的力学性能。结果 随着线能量密度降低,成形件的熔池尺寸、晶粒大小、冷却速度和力学性能降低。但在激光线线能量密度为0.242 J/mm的条件下,扫描速度为1 200 mm/s时成形试样的致密度为98.7%,抗拉强度为867 MPa,延伸率为6.5%,其力学性能均高于扫描速度为950 mm/s时成形的试样,与线能量密度更高的0.263 J/mm成形条件下250 W+950 mm/s的成形试样力学性能相近。结论 激光线能量密度是影响选区激光熔化钴铬合金熔池尺寸和组织性能的关键因素,但熔池尺寸与激光线能量密度没有线性关系。相同的线能量密度下,增加激光扫描速度,有利于获得大的熔池尺寸和冷却速度,提高成形件的致密度和降低晶粒尺寸,最终使成形件力学性能提高。     

基于工控机的激光数控机床控制系统的研究

针对航空发动机微孔冷加工所需的超快激光数控机床设计了一种基于工控机的控制系统。文章采用工控机作为整个激光数控机床的主控制设备,将控制软件运行于工控机上。控制软件与工控机、数控系统、协同控制单元等组成控制系统,控制系统的主要控制任务包括:初始化激光器和复合光束扫描模块、向数控系统传送光束指向调整电机的位置信息、配置协同控制单元完成恒重叠螺旋扫描和非圆形面扫描控制等。控制系统还包含简单的工艺数据库同时实现对工艺数据库的增、删、改、查以及维护,并为整个激光数控机床提供简单易操作的人机交互交界面。整个系统最终能达到机床的控制要求,满足加工需求。     

激光作用下Q345钢的相变数值模拟

激光作用下材料的内部组织会发生转变。为了预测和控制相变,需要研究相关的相变情况及规律。采用SYSWELD软件对Q345钢在激光作用下的相变过程进行了数值模拟,得出了不同激光功率、扫描速度下平板试样在激光扫描路径上温度分布情况和各相体积率变化情况,以及沿平板厚度方向和表面垂直于扫描方向上不同位置各相的变化规律。     

同轴送粉激光增材中扫描速度和基板预热对残余应力的影响

基于顺序热力耦合方法，以铸态K4169合金为基板，进行高温合金GH4169的单道单层激光增材制造的数值仿真，深入分析了激光扫描速度和基板预热对残余应力的影响。结果表明，降低扫描速度可明显降低沉积层与基板结合处在降温过程中的横向平均温度梯度，而对纵向平均温度梯度几乎没有影响，因此可得降低扫描速度对横向残余应力有比较明显的影响，但对纵向残余应力影响很小。提高基板预热温度可明显降低沉积层与基板结合处在降温过程中的横向和纵向平均温度梯度。考虑到工艺参数的改变本质上是通过温度场变化对残余应力产生影响，构建了峰值温度、平均温度梯度与横、纵向残余应力之间的函数关系。分析显示，横向残余应力对峰值温度的影响更为敏感，而纵向残余应力对平均温度梯度的影响更为敏感。     

正方形薄板激光三维成形球冠面的应力场分析

激光成形是利用激光束的能量修整板材曲率的一种新型柔性无模成形加工方法。为了描述激光三维成形中的弹塑性变形过程,以进一步揭示其三维成形的机理,文章采用显式动力学方法分析了交叉线扫描激光三维成形正方形薄板为球冠面的物理过程,揭示了激光扫描过程中正方形薄板的温度场、应力场、应变场的变化情况,虽然激光引起薄板温度变化产生的热应力仍是三维成形的主要因素,但是激光三维成形与激光直线扫描成形不同,激光三维成形扫描过程中在薄板内部形成的应力波是影响激光三维成形的主要因素之一,薄板的应变、变形等均与应力波有关,本文揭示的物理行为为下一步的机理研究打下了良好的基础。     

65Mn钢板激光扫描温度场及应变场的数值模拟

利用ANSYS软件,建立了三维瞬态激光扫描过程的温度场有限元模型,利用APDL语言实现热源的移动,对65Mn板激光扫描过程进行数值模拟,研究不同工艺参数对钢板扫描后温度场的变化规律,并对比了不同功率和不同扫描速度对温度场和变形量的影响。结果表明：随着热源的移动,温度场呈现狭长椭圆形分布,且激光光斑前缘温度梯度大,后部温度梯度小;在相同激光功率700 W下,扫描越慢,65Mn钢板表面温度最大值越大,扫描速度为6 mm/s时,表面温度最高值为495.434 K;在相同扫描速度6 mm/s下,扫描功率越大,65Mn钢板表面温度最大值越大,当扫描功率为1100 W时,该最大值为611.024 K。为验证模拟计算结果,对65Mn钢板进行实际激光扫描试验,试验值与模拟值吻合良好。     

利用“球化效应”激光扫描制备球形Ti粉的研究

利用“球化效应”，在SLS设备上探索将异形Ti粉转化为高性能球形粉末的可行途径。通过系统地改变激光功率、扫描速度，以及选取合适的激光扫描间距，探明了形成“球化效应”的工艺条件，并在激光功率为600W，扫描速度为30mm／s时，获得了较为理想的球形Ti粉。通过对球化过程进行理论分析，得出了选取激光扫描制备球形Ti粉工艺参数的准则。     

CFRP与不锈钢激光焊接气泡缺陷的研究

针对激光焊接碳纤维增强树脂基复合材料与金属过程中，焊接接头处易产生气泡的问题，以碳纤维增强树脂基复合材料与不锈钢为研究对象，仿真研究了激光功率、扫描速度、填充树脂对焊接接头附近温度场的演化规律，以得到有效控制气泡的工艺参数窗口。结果表明：激光扫描速度参数窗口范围随着激光功率的增加而增大，随着填充树脂熔点与气化点的温度差值增加而增大。因此，在高功率范围焊接过程的可控性和稳定性更好，低功率范围更需要精准控制激光扫描速度，以控制焊接接头处的气泡形成。     

蠕动式污水管道清淤机器人

采用模块化方法对污水管道清淤机器人中的管道清理单元、推进舱、阀组和控制单元等模块加以组合,并对其进行了总体方案设计,给出了机器人蠕动行走液压油路方案,分析了其蠕动行走过程。介绍了系统上、下位机联合控制方案,同时描述了下位机在控制系统中的功能及其对应程序流程。在此基础上,研制了一台污水管道清淤机器人,并对其进行了实验。结果表明：该机器人在现有方案下能够实现预定的设计目标,管道清理检测质量良好,可降低工人工作强度。     

镜板铸件表面缺陷的激光熔覆修复工艺研究

利用Ansys生死单元技术建立了激光熔覆修复镜板有限元模型,采用APDL参数化语言编程实现激光熔覆过程的数值模拟。分析了激光熔覆残余应力,分析了激光功率及扫描速率对应力的影响。结果表明:熔覆层与基体结合处应力集中,易产生裂纹;在满足修复质量的前提下,较小的激光功率及较大的扫描速率,能降低热应力,降低裂纹的倾向。     

金属板材激光加热三维成形扫描策略的研究现状

金属板材激光加热成形是一种无模成形新技术,适用于三维曲面件的小批量生产及新产品的试制。文章综述了激光加热三维成形扫描策略研究的最新动态,分析了激光扫描路径规划与工艺参数的确定方法,对目前扫描策略规划普遍存在的问题进行了总结。认为要实现复杂曲面的精确成形,不仅要加强激光加热三维成形机理研究,进一步揭示目标曲面与扫描策略之间的内在联系,提高扫描策略的通用性以及加工过程的自动化,还要加强热成形工艺实现自动数控反馈控制,以降低初始状态及其他不确定因素对成形精度的影响。