超声振动辅助等离子沉积成形的研究

介绍了等离子沉积成形的原理、应用及其存在的优缺点,从超声原理出发介绍了超声振动对等离子沉积过程中晶粒及组织的影响,并设计了超声振动辅助等离子沉积成形的实验装置,对实验过程中以及该实验可能涉及的问题进行了探讨.     

超声波对等离子沉积成形组织性能的影响

从超声波影响金属凝固的原理讨论超声振动对沉积层组织及性能的影响。根据等离子成形特点,提出了一种等离子超声复合装置设计方案,并总结等离子沉积成形技术遇到的关键问题。     

超声振动辅助成形本构模型

超声振动辅助成形技术是将超声振动与传统金属塑性成形相结合的一种加工技术,该技术可以有效改善加工方法,获得较好的成形结果。为了分析超声振动辅助成形技术的成形机理,文章综合考虑成形过程中的应力叠加效应和软化效应,确定一维状态下金属在超声振动作用下的本构关系,实现基于理论推导的超声振动辅助成形机理分析,并通过实验进行了验证。     

超声振动对渐进成形过程成形力的影响

为研究超声振动对成形过程中塑性变形的作用机理,探究了不同超声振幅与不同步距条件下超声振动对成形力及微观组织的影响。首先,搭建了基于数控铣床的超声辅助渐进成形实验平台,其中施加在工具头上的超声振动振幅可调。然后,进行了不同超声振幅以及不同步距条件下的直槽渐进成形实验,并对轴向和横向成形力进行了采集与分析,对施加超声振动条件后成形件的微观组织进行了观察。结果表明,施加超声振动后轴向力和横向成形力都有所减小,其中横向力的减小效果比轴向力明显,较小步距相比较大步距对于成形力的减小具有更好的效果。成形力下降率随着超声振幅的增大而增大,但是减小幅度会随成形步的增加而减小。     

超声振动辅助微挤压成形界面摩擦特性研究

基于超声振动辅助微挤压成形过程摩擦特性表征需求，将超声振动辅助双杯挤压实验拆分为超声振动辅助正杯挤压和反杯挤压两个部分。通过超声振动辅助T2紫铜正杯挤压和反杯挤压的对比成形实验研究了不同超声振动模式辅助微挤压成形过程中试样-模具型腔间的界面摩擦特性，并提出一种量化评价新方法来评估超声振动辅助微挤压成形试样-模具型腔间摩擦应力及摩擦因数的变化规律。结果表明，微挤压成形应力降低值和试样-模具型腔间的摩擦应力降低值都随着超声振幅的增大而增大，且随着工具超声振动、工具-工件复合超声振动和工件超声振动的不同超声振动模式顺序依次增大。     

超声振动效应对TA2钛合金板材力学及胀形性能影响

针对钛合金板材塑性变形能力差的问题,进行了超声振动辅助成形工艺的研究,分析超声振动对钛合金TA2板材力学性能及与接触面之间摩擦系数的影响。在此基础上进行了不同宽长比坯料的超声振动辅助胀形实验,分析超声振动对TA2板材胀形力、极限胀形高度的影响。同时,基于网格应变原理,通过不同宽长比坯料极限应变的测量,建立TA2板材的成形极限图。研究结果表明,选择合适的超声振动辅助成形工艺参数, 不仅可以提高TA2板材变形能力,还可以减小摩擦对板材成形性能的影响,从而有效提高了TA2板材的成形极限。     

基于不同振动模式的超声辅助拉深精密成形工艺

针对304不锈钢圆筒件的超声振动辅助拉深成形,分别采用工件超声振动和压头超声振动两种超声振动模式进行对比拉深试验研究,分析两种超声振动模式对拉深成形过程中最大拉深成形力、成形起皱和拉深破裂特性的影响规律。结果表明:工件超声振动和压头超声振动均可有效降低拉深成形过程中的最大成形力,并改善筒形件的起皱情况,且随着超声振幅的增大,改善效果更加明显。由于两种超声振动模式中对不锈钢板料施加超声振动的作用区域存在差异性,以及由于横向超声振动振幅的影响,使得工件超声振动更有利于降低最大成形力,而压头超声振动在改善板料起皱方面的效果更好。另外,随着超声振幅的增大,板料的超声硬化效应更加明显,压头超声振动更容易产生拉深破裂现象。     

温热条件下TC4钛合金板材超声振动辅助拉伸工艺研究

针对钛合金板材塑性变形能力差、成形温度高的问题,提出了温热条件下超声振动辅助成形方法,希望在温热环境条件下进一步提高钛合金板材的成形性能。本文通过200-600℃条件下的TC4板材超声振动辅助拉伸实验,分析了超声振动工艺参数对钛合金板材拉伸过程当中的工程应力-应变曲线、屈服强度、延伸率等性能指标的影响规律,并对拉伸试件显微组织及断口形貌进行分析。研究结果表明,温热拉伸过程施加合适的超声振动工艺参数,可以使TC4板材流动应力、屈服强度进一步降低,延伸率进一步提高,能够实现在温热条件下进一步提高成形性能的目的。     

超声振动对渐进成形件表面性能的影响

为了探究超声振动对渐进成形件的表面性能及表面形貌的影响,选取步距和超声振动作为实验变量,综合分析了超声振动对成形件表面形貌(波纹、凹坑和表面粗糙度)和表面性能(硬度和接触角)的影响。结果表明,超声振动使成形件的表面波纹高度降低,使凹坑深度发生变化。施加超声振动后,成形件的表面粗糙度明显下降,且随着步距的增加而减小,成形件表面出现规律性凹坑。与原始板材相比,渐进成形件的硬度大幅提升,但是施加超声振动的成形件的表面硬度小于传统成形件,且硬度随着步距的增加而增大。施加超声振动后,接触角可达112°,表现为疏水性。     

基于微束等离子熔覆的直接金属快速成形系统设计

金属零件直接制造技术目前已成为快速成形技术的研究热点和重要发展方向.提出一种基于微束等离子熔覆工艺的直接金属成形方法,介绍该方法的工作原理和系统构成,设计并开发基于等离子熔覆的金属零件直接制造软、硬件系统,并采用该系统进行中空零件成形实验.实验结果表明,并采用微束等离子熔覆直接制造系统可以得到成形良好、组织细密的金属零件.