摘要：镁合金作为航天装备结构件轻量化和一体化制造的关键轻质结构金属材料,电弧增材制造镁合金过程中成形尺寸精确控制一直是研究的重点。基于二次回归通用旋转组合试验设计法,建立了电弧增材关键工艺参数(基值电流、送丝速度、运动速度)与成形尺寸特征参数间的回归模型,采用响应面法深入分析了单一参数及耦合作用对增材成形尺寸的影响规律。结果表明:在试验设计参数范围内,基值电流的增大对成形高度起抑制作用,对成形宽度起促进作用;随着送丝速度的增大,成形宽度略微减小,层高呈现增大趋势;运动速度的增大使得沉积层的层高和层宽均减小。各工艺参数对成形高度影响最大的是送丝速度,其次是基值电流,影响最小的是运动速度;基值电流对成形宽度影响最大,其次是运动速度,对成形宽度影响最小的是送丝速度。

摘要：设计并制作了一套电弧增材制造设备,研究了工艺参数对电弧增材制造零件表面品质的影响。结果表明,当电流为100 A,送丝速度为1881 mm/min,成形速度为99 mm/min,氩气流量为5 L/min时,成形的单道单层表面品质良好。利用田口方法,分析了电流、成形速度、送丝速度和氩气流量对其单道单层宽度和高度的影响。通过拟合分析,建立了电弧增材制造单道单层轮廓的函数模型。

摘要：电弧增材制造因其独特的无模壳快速近净成形特点而备受关注,有望成为突破铝合金材料研发与工业应用瓶颈的先进制造技术。电弧增材技术在传统电弧焊接的基础上发展而来,二者均以高能电弧为热源、以金属丝材为原材料进行成形。本文综合分析了电弧增材制造工艺与设备研发现状、凝固与固态相变特性、显微组织特点、冶金缺陷概况以及力学性能特点,论述了热丝及多丝增材制造技术前景和电弧增材制造独特的成形方式与相变显微组织特征。针对电弧增材制造铝合金制造精度及稳定性较差、气孔及热裂缺陷严重、材料力学性能优势不突出的问题,提出了电弧增材制造专用设备开发、熔丝累加快速凝固冶金缺陷控制专用方法研发、专用材料成分及显微组织设计、专用热处理工艺制定等发展方向,为加快电弧增材制造铝合金高端化、定制化、专属化发展提供重要参考。

摘要：电弧增材制造(Wire and arc additive manufacturing,WAAM)具有材料利用率高、成形效率高、设备成本低的特点,已经成为一种重要的金属增材制造技术。但是,WAAM熔池大、热输入高、制造的金属零件几何精度低已经严重制约了该技术的进一步应用。以有限元分析为手段,建立了WAAM的热应力仿真模型,并对3种典型结构的WAAM热应力演化规律进行了研究,重点分析了基板厚度对热变形的影响规律,发现:与后续沉积层相比,第一层对构件整体热变形的影响最大;增加基板厚度不仅可以提高刚度,增加约束,而且能强化散热,降低热累积,对减小成形件最终变形和残余应力非常有利;对于矩形框构件来说,基板结构和约束方式对成形件热应力变形演化行为有较大影响。

摘要：残余应力是影响电弧增材制造构件疲劳寿命的关键因素,传统的测量与仿真难以完整高效地分析增材构件的残余应力分布。为此基于本征应变相容原理,提出一种通过应力迭代重构电弧增材AA7075铝合金薄壁件残余应力场的新方法。该方法使用有限的残余应力实测数据与基函数构造应力分量,并使用APDL语言对ANSYS进行二次开发,将应力分量映射至有限元模型迭代重构残余应力场。结果表明,重构的残余应力场与X射线衍射法实测值、热弹塑性模型仿真值误差较小,证明了该方法用于电弧增材薄壁件的全局残余应力场重构的有效性。

摘要：传统的有限元仿真模式都是通过预先建立整体的几何模型,再结合单元生死技术来实现增材过程的仿真计算.由于这一模式需要预先设置好增材构件的整体尺寸及每层高度,因此不适用于需要在增材过程中优化调整工艺的复杂零件的仿真;更重要的是,增材过程逐层累积的变形量会使得计算域偏离预设位置进而出现计算不收敛的问题.为了解决增材制造的数值模拟过程中存在的上述难题,本研究提出了一种新的逐层建模的有限元计算方法.该方法采用逐层建模逐层计算的方式进行仿真计算,仿真过程与实际的增材过程一致,彻底解决了变形累积导致的计算不收敛问题的发生.首先,基于ABAQUS有限元软件,分别采用整体建模和逐层建模两种方法建立了20层的电弧增材制造(WAAM)仿真模型,并分别进行了热力耦合仿真计算.计算结果表明:逐层建模法获得的温度场和应力应变场的结果与传统整体建模法的基本一致,初步证明了所提出的逐层建模法对模拟增材过程的可行性.其次,为了分析逐层建模法对增材过程的变形累积敏感性问题,设计了一个单边约束的WAAM试验,并采用上述两种建模方法分别进行了仿真计算.计算结果表明:传统的整体建模模型计算至第2层就因为变形过大而被系统终止计算,而逐层建模模型则成功地完成了计算,而且计算结果与试验测试结果基本吻合,证明了该方法对变形累积不敏感的独特优点.

摘要：轻量化结构件是航空航天和交通运输领域的永恒追求,结构件的轻量化主要通过结构设计和材料选择实现。因此,具有自由成型大型复杂形状构件特点的电弧增材技术受到持续关注。镁合金密度约为1.8g/cm^(3),是实际工程应用中最轻的金属结构材料之一。这两点使电弧增材镁合金大型复杂构件的生产研究受到重视。然而,电弧增材涉及电磁、传热、流体等复杂物理变化,同时镁合金又存在易氧化、易挥发等问题,这对电弧增材的工艺控制提出严峻考验。为此本文归纳总结了镁合金电弧增材技术基本工艺类别,分析了主要工艺参数对电弧增材制造镁合金成型质量、微观组织、力学性能的影响规律和深层机理,指出了镁合金电弧增材技术的现有问题,最后对镁合金电弧增材技术的未来研究方向提出了一些建议和展望。

摘要：在老旧数控铣床改造为电弧增材制造机床过程中,系统研究了基于PMAC Clipper卡、S7-200 Smart PLC、交换机、计算机的电气控制与策略,分析了采用RS485通讯和模拟量实现焊机控制的优缺点,并分别通过两种模式制备了低碳钢零件和铝镁合金零件。设计了基于HCNR201线性光耦的双通道电压采集模块,实现了堆积过程中焊接电流与电压的精准同步采集,所设计的电弧增材制造机床成形金属零件效果良好,采集的电流电压波形精准清晰,达到了设计目的。

摘要：基于电弧增材制造的方法,研究了不同沉积方向及层间间隔时间对电弧增材制造Ti-6Al-4V钛合金直壁墙的宏观组织特征的影响。双向扫描和单向扫描分别获得了竖直生长和倾斜生长的柱状初生β晶组织。通过增加层间间隔时间至120 s获得了全等轴初生β晶组织。结果表明,底部的等轴初生β晶组织的形成是由于发生了再结晶。等轴初生β晶组织的晶粒大小同时受到热循环和再结晶两方面因素的共同作用。

摘要：为了解决电弧增材制造存在变形及微观组织形态和力学性能较差的问题,采用轧制使材料的力学性能得到极大改善.为了合理设计轧制机构,针对一种侧向轧制变胞机构进行动力学分析和优化设计,分别分析了杆件尺寸、主动件速度、弹簧刚度在变胞机构运动过程中对变胞机构的影响.首先,分析了侧向轧制变胞机构的原理,得到了机构的基本结构;然后,选取合适的设计变量初始值与边界值,确定目标函数及约束条件;最后,在机械系统动力学自动分析(ADAMS)软件中建立机构的虚拟样机模型,在一定的侧向轧制力下,以主动件的驱动力最小为优化目标进行仿真求解,得到驱动力的最优解和相应设计变量的最优值.结果表明:最小驱动力较优化前减小了15.48%,主动件速度、杆件尺寸、弹簧刚度对变胞机构的影响程度是依次减弱的.