金属增材制造技术

金属增材制造技术作为3D打印技术的一个重要分支,在20余年的发展中取得了显著的进展。文中简要回顾了金属增材制造技术的历史溯源,重点从制件组织结构、制件性能、制件微观缺陷、成形工艺等方面分析了针对钛合金、镍基高温合金等常用材料的增材制造技术研究新进展,探讨了增材制造技术发展所面临的技术问题以及需要重点考虑的发展方向。     

金属增材制造监测与控制技术研究进展

金属增材制造技术凭借其柔性化定制能力和复杂构件成形优势,有望成为提升航天领域设计与制造能力的一项关键核心技术,但现阶段该方法仍然存在制造过程稳定性不足、制造质量实时检测困难、工艺参数实时调节技术成熟度有待提升等问题。本文从增材过程信息感知、增材工艺优化决策、质量优化控制发展趋势三方面详细阐述了金属增材制造监测技术的研究进展,论证了高性能结构件增材成形过程中工艺变量-过程参量-成形质量调控的发展必要性,并就增材过程监测技术的发展趋势做出了思考与展望。     

电弧熔丝增材制造复合填充路径规划算法

合理的路径规划可以提高电弧熔丝增材制造成形零件的表面质量和强度。针对电弧熔丝增材制造的特点,将多种增材制造路径规划算法相结合,提出了一种复合路径规划算法,实现了单空洞截面的填充,并进一步讨论了其他类型截面的路径规划方法。在填充截面过程中,内外表面采用轮廓偏置路径填充,保证了零件的表面质量;零件内部采用改进的扫描线算法进行填充,减少了空行程,提高了成形效率。实验验证了本文算法填充复杂截面轮廓的可行性。     

激光冲击成形TA2钛合金板的变形与残余应力

利用脉冲能量为10~50 J、脉宽为22 ns的高功率N d∶G lass激光器,对TA 2钛合金板进行单次激光冲击成形实验研究,探讨了工件支撑座内径、90°顶角凸模的顶部圆弧半径等条件对钛合金板成形的影响。研究表明,当板材底部无约束支撑时,板材的最大变形量随支撑座口径的增大而减小,且板材凹凸面的表面残余应力都是压应力;当采用凸模冲击成形时,板材的最大变形量随凸模圆弧半径的增大而减小,但表面残余应力变化趋势不明确,有时为压应力,有时为拉应力。     

航空航天结构轻量化设计制造技术发展现状与挑战

轻量化技术是指在满足结构性能需求的前提下,通过对材料、结构和制造工艺等方面的优化,减少结构质量的技术,已经成为新一代航空航天装备发展的关键技术之一。本文首先分析了轻量化技术的发展历程。其次,从设计原理、组成方式和优化方法角度,介绍了仿生结构设计、胞元结构设计和高效拓扑优化设计三类轻量化设计方法。然后,从轻量化制造工艺和模式的角度阐述了增材制造、协同制造和复合材料制造在航空航天结构轻量化制造中的应用。最后,讨论了轻量化技术面临的挑战和未来的发展。     

振动时效消除铝合金试件残余应力的研究

对振动时效消除铝合金构件残余应力进行了探索，选择矩形截面的铝合金试件作为研究对象，通过加载的方式对其预制残余应力，然后在一定的支承条件下对其激振，实验结果表明，激振之后试件的残余应力数值得到了降低利均化。本文的工作对开展有色金属构件的振动时效研究提供了试验依据。     

切割法测取螺旋弹簧的残余应力

通常用实验方法测定园柱螺旋弹簧残余应力。本文提出了切割法对比测试技术，为确定高应力、高疲劳强度的弹簧制造工艺提供了依据。     

拉紧条件下铝合金铣削残余应力的试验研究

以铝合金为研究对象,提出将拉紧装夹应用到铣削加工中,以便对加工后工件表层的应力状态进行控制,改善零件的疲劳性能。本文设计了机械式单向拉紧夹具用于铣削试验。通过试验,得出了预应力、工件厚度以及加工参数等对表面残余应力的影响趋势。研究表明,拉紧条件下铣削可以实现对工件表面残余应力的控制,从而获得理想的残余压应力,对改善零件的疲劳性能极其有益。在本试验条件下,获得的工件表面残余应力均为压应力,最大可达-250 M Pa。     

陶瓷吸波超材料结构光固化增材制造工艺研究

陶瓷超材料吸波器具有耐高温、高强度、可完美吸波的特点,其结构复杂且具有周期性,是一种新兴的吸波器件.但传统成形方式在复杂结构制造上存在一定的局限性.本文提出一种基于光固化增材制造氧化铝陶瓷表面镀铁氧体的方法实现周期性复杂结构的陶瓷超材料吸波器.使用氧化铝粉末和光敏树脂,配制出可供3D打印的氧化铝陶瓷浆料,利用3D打印机...     

爆炸消除铸造锡青铜焊接残余应力的实验研究

本文研究爆炸消除铸造锡青铜的焊接残余应力的方法。过去爆炸消除焊接残余应力的研究成果,多是研究钢件或钢结构,使用雷管和普通炸药。本文给出铸造锡青铜的焊接残余应力分布。爆炸处理时,爆炸用药由硝酸银和乙炔气制成,可在现场配制,引爆不用雷管,采用光引爆。如此,减少火工品运输困难。实验结果表明,焊接残余应力可达σ=150MPa。爆炸处理后,残余应力σ<30MPa。该方法对大型结构使用方便、经济,消除残余应力效果好。     

金属构件选区激光熔化增材制造控形与控性的跨尺度物理学机制

激光增材制造逐点、逐线、逐域的局部成形特性,要求对金属构件激光增材制造过程进行微观—介观—宏观跨尺度的控形与控性,以实现对球化、孔隙、变形及裂纹等典型冶金缺陷的有效调控。本文针对难加工铝合金构件选区激光熔化精密增材制造,在介观尺度揭示了金属粉末激光熔化/凝固的热力学行为及球化效应形成与抑制机理,在微观尺度明晰了金属激光熔池内部熔体表面张力对气泡运动及熔体致密化的作用机制,在宏观尺度提出了金属构件选区激光熔化的热作用机制及构件内应力形成和变形行为。本文为高性能复杂金属构件激光增材制造的控形与控性提供了物理学基础及关键工艺调控方法。     

激光冲击成形下3A21铝板料表面残余应力

激光冲击成形的重要特点之一就是能在工件表面形成残余压应力,起到强化的作用,对具有抗疲劳性能要求的航空结构件有重要意义。本文对激光冲击成形的3A 21防锈铝板的残余应力分布特性进行了研究。用X射线应力测定仪进行了三个方向残余应力的测量,建立了主应力计算公式,分析其形成机制与分布特性。试验结果表明:在脉冲能量42 J、脉冲宽度23 ns、脉冲功率1.2×109W作用下,板料正反两面产生的残余应力小于-100M Pa,且均为压应力,除变形区域顶点主应力方向为0°外,其他点的主应力方向约为-30,°且正方形板料对角线方向应力大于穿过中心边长方向的应力。     

退火温度对Ti6Al4V薄板退火变形影响的有限元分析及实验验证

为了研究钛合金退火变形规律,对Ti6Al4V薄板初始残余应力作一定假设和简化,采用MSC.marc软件建立Ti6Al4V薄板退火热粘塑性模型,分析不同退火温度(550, 580, 600, 620, 650 ℃)对钛合金退火变形的影响及其原因,并结合退火实验验证模拟结果。结果表明,初始残余应力在蠕变作用下产生蠕变应变和弹性应变,使薄板退火后应变分布符合板材弯曲时典型应变分布规律,最终导致薄板退火变形。随着退火温度升高,蠕变作用加强,退火变形增大,而应力应变随时间变化趋势基本一致。实验结果验证了数值模拟的可靠性。     

电磁辅助激光熔化沉积的残余应力

针对激光熔化沉积内部残余应力较大的问题,对其产生的机理作了分析。基于电磁场的应用原理,提出电磁辅助激光熔化沉积以降低其残余应力的方法。利用ANSYS参数化编程语言APDL模拟了电磁辅助激光熔化沉积的过程,分析了成形件残余应力的变化规律,结果表明同步加载轴向电磁力能较好地消减成形件内部残余应力。采用X射线衍射结合电解腐蚀的方法进行深度方向的残余应力测量试验,试验结果验证了电磁辅助的有效性。