等离子熔积直接成形金属原型表面激光光整关键技术

【摘要】：金属原型的直接快速制造是快速成形技术发展的主要方向之一。等离子熔积激光光整直接制造满密度金属零件是本课题组率先提出的集等离子、激光、新材料、计算机、数控技术等多学科交叉的金属原型的直接快速制造技术,在快速成形领域具有重要的研究价值。本文对此制造系统中的表面光整部分作了探索性研究。论文将激光切割和激光表面气化光整技术首次引入到快速成形研究中,从激光与材料作用的机理研究出发,以系统的实验,重点研究了激光参数对激光切割和光整质量的影响规律,探讨了用于金属原型直接快速制造的激光切割和激光表面气化光整技术基础,在研究的基础上开发了光整软硬件系统原型。 论文的主要工作为激光光整系统软硬件的设计装配和激光切割及激光表面气化光整技术实验研究两个部分。采用英国S.O.S.公司生产的YAG大功率调Q激光器SOS 250WQSS,进行了光路设计和系统装配调试,随后进行了激光加工路径规划,设计数控算法,完成激光加工软件控制模块的开发。最后进行了激光切割和激光光整加工的实验研究,系统研究了激光功率、扫描速度、激光脉冲(Q-Switch)频率、辅助气体大小和种类等激光主要工艺参数对等离子熔积高温合金件进行表面光整质量的影响。通过分析在不同激光参数下得到的表面质量(表面粗糙度、挂渣程度、割缝宽),总结出了激光参数变化对激光加工表面质量的影响规律,总结出能够通过切割、光整工件得到好的表面质量的工艺参数组合。 在课题组前阶段的研究基础上,通过本论文的研究,在数控机床上建立了光整系统的软硬件系统平台原型;并且进行实验工艺研究,对激光加工工艺参数对工件加工表面质量的影响进行了探索研究,积累了一定的数据和分析结果。为等离子熔积激光复合加工技术的后续研究奠定了相关的技术基础。