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《华南理工大学》 2011年
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装备零件激光再制造成形零件几何特征及成形精度控制研究

王志坚  
【摘要】: 再制造技术在资源节约型和环境友好型和谐社会建设中显示出越来越重要的作用,各种再制造成形技术也正得到大力发展。其中,激光再制造成形技术克服了传统修复技术的不足,在机械零部件的再制造中得到日益广泛的应用,对于装备零件的维修保障工程发展具有重要军事意义和应用价值。 本文侧重于激光再制造成形的工艺过程控制原理及应用研究。基于模块化思想,提出装备零件激光再制造成形模块化分类成形修复研究的方法,研究激光再制造成形结构几何特征并控制成形结构的形状,以提高修复结构的几何精度。针对损伤零件几何形状恢复技术进行研究,以实现多种损伤装备零件缺损部位预期形状修复结构的快速、高精度和自动化激光再制造成形为研究目的,构建了装备零件战场快速再制造成形软硬件系统,研究了基于激光再制造成形的结构几何形状的形成和变化机理,解决装备零件的激光再制造成形中修复结构局部几何特征不均匀的问题,建立工艺参数局部调整和成形结构几何特征变化的定量关系,并对表面、薄壁结构和三维立体结构三种类型损伤零件进行了激光再制造成形实际应用。 本文的主要研究结论如下: 以高机动性灵活性、装备现场保障、快速高精度成形修复为特点,构建了激光再制造成形软硬件系统,为激光再制造成形技术应用奠定坚实的硬件基础。系统主要由DLA60100型全固态激光器、AX-V6型机器人和AX-ST离线编程软件组成,该系统解决了复杂曲面上激光表面熔覆的位置精度问题,提高了激光扫描路径的位置精确性和编程灵活性;设计了环形送粉通道与光束同轴和四管环绕光束同轴两套方案的同轴送粉喷嘴,以解决侧向送粉在粉末利用率、成形效率和复杂路径的各向异性方面的不足。 提出对多种损伤装备零件进行激光再制造模块化分类成形修复的研究思路,系统研究了线、表面、薄壁成形结构和三维立体成形结构四种类型的激光再制造成形结构的几何特征,为损伤零件几何形状恢复技术应用建立理论基础。从激光熔池的能量输入、粉末材料输入和熔池基面形状三个方面说明成形结构局部几何特征不均匀现象的形成原因,发现在激光再制造成形中,实际工艺参数和设定参数之间的差异导致熔池的形状变化是成形结构变形的主要原因;提出通过定量改变成形结构局部的工艺参数来改善成形结构的局部几何特征不均匀的控形方法。 系统研究了通过控制结构局部工艺参数的方法来实现预期形状结构的成形和改善成形结构的局部几何特征不均匀的方法,提高了修复结构的形状精度。建立了激光再制造成形主要工艺参数包括激光输出功率、送粉量和激光扫描速度与成形结构几何特征之间的定量关系,建立了激光成形结构形状预测模型;通过与试验结果对比,验证了该模型的预测精度较高,预测误差在5%以内;提出了激光成形结构形状的具体方法和实际应用情况,主要控形方法为控制激光扫描速度、送粉量、熔池基面形状变化。 基于控形方法对复杂表面磨损、薄壁结构局部缺口和局部立体结构缺损三种损伤类型的典型装备零件进行了快速、高精度和自动化激光再制造成形应用研究。复杂表面损伤修复的典型零件为某型坦克发动机凸轮轴,解决了其凸轮桃尖磨损造成升程超差的问题;典型薄壁结构激光再制造成形应用为圆筒缺口修复;而零件立体结构缺损的激光再制造成形典型零件为齿牙断裂的低载直齿轮,肋板有深裂纹的结构支撑件;上述应用实践中均实现了预期形状尺寸的结构激光高精度成形,且提出了实现高形状精度成形的关键工艺措施,对类似结构和损伤零件的激光再制造成形修复具有重要参考意义。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG665

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王黎;选择性激光熔化成形金属零件性能研究[D];华中科技大学;2013年
2 宫新勇;激光熔覆沉积修复TC11钛合金叶片的基础问题研究[D];北京有色金属研究总院;2014年
3 王黎;选择性激光熔化成形金属零件性能研究[D];华中科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 王挺;李建国;李广东;杜茂华;;纳米CeO_2对Al_2O_3/Cr_2O_3陶瓷涂层组织及性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2008年03期
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9 王玉林;张光春;艾凡凡;杨健;陈如龙;李果华;;晶体硅太阳能电池激光隔离pn结的研究[J];半导体技术;2011年04期
10 钱俊;张光春;杨健;陈如龙;李果华;王玉林;;晶体硅片上激光打孔的研究[J];半导体技术;2012年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 郑世卿;温鹏;单际国;;激光热丝焊焊缝熔合比和成分均匀性的实验研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
5 刘伟军;龙日升;;不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场影响的研究[A];第四届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2008年
6 孙孟辉;王益群;;冷带轧机液压压下伺服系统模型算法控制应用研究[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
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9 张兆国;孙勇;李佳民;;Ni-P-纳米SiC化学复合镀层的制备[A];第十二次全国农机维修学术会议论文集[C];2005年
10 徐东辉;张兆国;李佳民;孙勇;;镍基纳米化学复合镀层制备工艺的研究[A];第十三次全国农机维修学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马建立;DPL的光束质量控制及稳定倍频技术研究[D];长春理工大学;2010年
2 王永东;氩弧熔敷原位自生颗粒增强镍基复合涂层研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 李高飞;数控选区电沉积快速成型的成型质量研究[D];浙江理工大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 兰光明,韩秋实,孙志永;VC环境下的PMAC数据实时采集与显示[J];北京机械工业学院学报;2004年01期
2 杨洗陈,李会山,刘运武,王云山,唐英,孙荣禄;激光再制造技术及其工业应用[J];中国表面工程;2003年04期
3 林鑫;薛蕾;陈静;张霜银;黄卫东;;激光成形修复Ti-6Al-4V钛合金零件的组织与性能[J];中国表面工程;2009年01期
4 魏增敏;张永忠;高士友;杜宝亮;石力开;;激光快速成形技术的发展及其在功能梯度材料制备上的应用[J];材料导报;2005年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 李瑞迪;金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D];华中科技大学;2010年
2 宁宇;基于数字化工厂的轿车地板焊装线的混流设计与规划[D];吉林大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 幸德林;可视化仿真系统—三维浏览子系统的设计与实现[D];华中科技大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要报纸全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 张庆茂;送粉激光熔覆应用基础理论的研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
2 张剑峰;Ni基金属粉末激光直接烧结成形及关键技术研究[D];南京航空航天大学;2002年
3 李会山;激光再制造的光与粉末流相互作用机理及试验研究[D];天津工业大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高淑英;用于激光熔覆的同轴送粉喷嘴的设计及研究[D];天津工业大学;2002年
2 赵栋;镍基合金激光熔覆技术若干问题研究[D];郑州大学;2003年
3 刘运武;基于激光再制造的三维同轴送粉工作头研究[D];天津工业大学;2004年
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5 谭华;激光快速成形过程温度测量及组织控制研究[D];西北工业大学;2005年
6 朱银锋;用于激光再制造的二轴送粉头的设计[D];天津工业大学;2005年
7 雷剑波;激光再制造熔池温度场数值分析及检测研究[D];天津工业大学;2005年
8 赵士勇;全固态高功率946nm Nd:YAG激光器及瓦级473nm激光器的研究[D];天津大学;2004年
9 罗涛;载气式超细粉末送粉器的研制[D];天津工业大学;2006年
10 张霜银;激光快速成形TC4钛合金的组织和力学性能研究[D];西北工业大学;2006年
【相似文献】
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1 陈仁芝;;管形件的成形工艺[J];锻压技术;1987年02期
2 李季云;曾宪文;吴淑波;;模锻链外链片成形工艺及其模具设计[J];机械工程师;1990年01期
3 张清辉;螺旋片成形工艺及模具设计[J];模具工业;1993年10期
4 桂庚;花键孔零件的冷拉成形工艺[J];世界制造技术与装备市场;1995年02期
5 陈小斌;齿轮模锻成形工艺研究[J];锻压机械;1999年02期
6 阴子健;;“凸背T铁”成形工艺的改进[J];金属成形工艺;2003年01期
7 刘申全;深圆锥形管件冷挤压成形工艺[J];机械工程与自动化;2004年05期
8 王广春,赵国群,夏世升;直齿轮精锻成形新工艺及试验研究[J];机械工程学报;2005年02期
9 张正修,张镇,赵向珍;簧片高精度复合模设计[J];模具制造;2005年08期
10 张明扬;;车身纵梁成形工艺与模具设计[J];模具技术;2006年05期
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1 程羽;郭成;李刚;邢光汉;陈金德;;齿轮冷精锻成形工艺的研究[A];第八届全国塑性加工学术年会论文集[C];2002年
2 仲志刚;方禾;陈炜;;基于数值模拟的车身覆盖件成形工艺参数优化[A];第八届全国塑性加工学术年会论文集[C];2002年
3 仲志刚;方禾;陈炜;;基于数值模拟的车身覆盖件成形工艺参数优化[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
4 程羽;郭成;李刚;邢光汉;陈金德;;齿轮冷精锻成形工艺的研究[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
5 刘珍余;;低压涡轮轴整体锻件的成形工艺及模具设计[A];第八届全国塑性加工学术年会论文集[C];2002年
6 朱若岭;周杰;胡振志;;基于数值模拟的锻造铝活塞成形工艺研究[A];2010年重庆市机械工程学会学术年会论文集[C];2010年
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8 马瑞伍;肖小亭;;电磁成形技术发展简介[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年
9 甘晓晔;;快速成形——高科技现代制造技术[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
10 杨乃宾;宋焕成;;复合材料低成本技术的特征与发展[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(下)[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 聂平;未来流行穿什么?[N];大众卫生报;2004年
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5 记者 张黎;奥运将实现交通“零排放”[N];中国环境报;2008年
6 马书平;四个因素困扰我国陶瓷产业发展[N];经济参考报;2006年
7 本报记者 沈静;日本原创风尚为何快速抵达上海?[N];中国纺织报;2008年
8 周腾芳;生产技术提升是企业发展第一动力[N];中国电子报;2008年
9 本报记者  马书平;无序竞争困扰陶瓷产业发展[N];中国证券报;2006年
10 杨维骅;东华大学高导湿涤纶纤维项目获国家科技进步二等奖[N];中国纺织报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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8 汤泽军;镁合金管材热态内压成形失稳行为研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 汤泽军;镁合金管材热态内压成形失稳行为研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 付泽民;高强度金属板多道次渐进折弯成形及回弹研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 陈仕清;特薄壁金属管件填料推弯成形新工艺研究[D];大连理工大学;2010年
3 关玲;镁合金尾翼桶成形技术研究[D];中北大学;2010年
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7 郭晓云;电流辅助钛波纹管成形工艺研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
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9 王麟平;7075铝合金重型车辆下控臂成形工艺分析及优化[D];中北大学;2013年
10 孙晓旭;汽车后桥主减速器从动螺旋伞齿轮锻坯成形工艺研究及数值模拟[D];吉林大学;2013年
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