激光与等离子复合沉积制造金属零件的系统结构研究

摘要

为进一步发挥激光、等离子弧和电子束在直接沉积制造金属零件中的优势，本文提出将激光和等离子弧复合形成“激光-等离子弧”复合热源，构建激光-等离子复合快速沉积制造金属零件系统。主要研究内容如下:
　　(1)分析了激光、等离子弧和电子束等单一热源在沉积制造金属零件上的特点，基于激光-等离子弧复合热源金属零件直接快速制造的概念，探讨了激光、电弧的耦合机理，重点分析了激光-电弧复合热源在快速成形领域内的应用情况，为构建激光-等离子复合快速沉积制造系统提供了借鉴;
　　(2)构造了一种基于激光与等离子熔覆技术的金属零件直接沉积制造复合系统，规划了系统的总体布局，具体描述了系统的硬件构成，确定了系统的送粉方式为载气式同轴送粉，明确了系统的送粉路径，并具体设计了送粉系统的气路系统及等离子系统的供气和水路等系统;
　　(3)分析了现有的刮板送粉器在工作中存在的问题，提出了改进方案，并设计了可伸缩导向的弹力支撑机构;针对等离子焊枪在实际工作中易出现的工艺故障等问题，设计了一个工作电流为100～250A的大电流等离子焊枪，等离子熔积焊道试验结果表明，焊道尺寸较小、焊道平整均匀、表面光洁度好，适用于金属零件的等离子熔积直接制造;以现有的研究成果为依据，设计了载气式同轴送粉喷头，以满足激光熔覆快速成形技术对送粉喷头的要求;在探讨了激光电弧复合的影响因素的基础上，设计了激光等离子复合沉积头的多角度调节机构，用于复合沉积头工作过程中的参数调节;
　　(4)详细规划了系统的工艺流程，并描述了其软件实施。系统以数控加工中心为控制中心，设计了各子系统与加工中心机床的集成控制方案，可以实现机床的两种工作模式，以实现激光等离子复合沉积制造过程自动控制及对影响沉积质量的主要参数进行控制，达到“一机多用”的目的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 课题研究背景及意义

1．3 国内外研究现状及发展

1．4 课题研究的内容和方法

第2章 激光-等离子复合快速沉积制造系统

2．1 概述

2．2 激光电弧复合热源的耦合机理基础研究

2．3 激光-等离子复合快速沉积制造系统的构建

2．3．1 基于激光、等离子熔覆技术的快速成形

2．3．2 激光-等离子复合快速沉积制造系统的原理

2．3．3 硬件系统构建及设计

2．4 本章小结

第3章 送粉系统的改进设计及复合沉积头的设计

3．1 概述

3．2 送粉器的改进设计

3．2．1 载气式刮板送粉器的原理

3．2．2 刮板式送粉器存在的问题

3．2．3 改进方案

3．2．4 改进结果分析

3．3 复合沉积头的设计

3．3．1 等离子焊枪的设计

3．3．2 熔积试验

3．3．3 激光沉积头的设计

3．4 多角度调节机构的设计

3．4．1 激光电弧复合焊的影响因素

3．4．2 多角度调节机构的结构设计

3．5 本章小结

第4章 激光-等离子复合快速沉积制造系统的控制设计

4．1 概述

4．2 激光-等离子复合快速沉积制造系统的工艺过程

4．3 各子系统与加工中心的集成设计

4．4 软件系统介绍

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 研究总结

5．2 今后的工作与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文