激光熔化沉积表面射流电解修整试验研究

【摘要】：激光熔化沉积常用于镍基高温合金粉末的增材成形。针对镍基高温合金粉末激光熔化沉积成形过程中的翘曲变形、表面缺陷、成形精度等问题,本文利用射流电解对激光熔化沉积样件进行后续加工,提出了激光熔化沉积和射流电解组合加工方法,并设计了一种新型摩擦辅助射流电解装置。主要研究内容如下:(1)提出了激光熔化沉积和射流电解组合加工方法,研究了激光熔化沉积和射流电解组合加工工艺过程,分析了激光熔化沉积和射流电解组合加工工艺实现所需设备,利用激光熔化沉积的增材制造过程和射流电解的减材加工过程的组合得到最终的加工样件。(2)设计摩擦辅助射流电解试验系统。基于以STM32开发板为核心的硬件系统和以μC/OSII为核心的软件系统搭建摩擦辅助射流电解试验系统。试验发现,摩擦辅助射流电解试验系统有效提高了加工后的表面质量。(3)研究激光熔化沉积成形熔池固化过程及内部熔化金属对流机制,推导激光熔化沉积样件变形机理,研究摩擦辅助射流电解装置加工镍基高温合金激光熔化沉积样件机理。(4)开展不同加工时间摩擦辅助射流电解装置加工激光熔化沉积样件的工艺试验。试验表明,循环加工90次下可完全去除零件表面氧化层,同时软刷头可有效清除电解产物,硬磨头可有效去除激光熔化沉积样件搭接区域的难电解残余颗粒。(5)研究射流电解减小激光熔化沉积样件变形的效果。在激光熔化沉积加工过程中,出现规划之外的变形情况时,可以使用射流电解加工去除一部分沉积金属,减小已发生的变形,进而减小零件报废的概率。经射流电解循环加工90次后,激光熔化沉积变形样件最大挠度减小了19.5%。(6)利用激光熔化沉积和射流电解组合加工试验系统研究送粉率和搭接率对激光熔化沉积成形样件微观结构和显微硬度的影响。试验表明送粉率对激光熔化沉积成形样件微观结构影响较小,搭接率对激光熔化沉积成形样件微观结构影响较大。送粉率和搭接率对激光熔化沉积成形样件显微硬度的影响趋势相同。