本文采用的激光为中空环形激光束,其能量的分布与常用的圆形激光束的能量分布有很大的区别,图2-2-1为它的能量分布与圆形光斑能量分布比较示意图:
从图中可以看出,环形光束的强度分布与传统的圆形光斑有很大的不同,相对来说环形光强的分布较均匀,因此有利于熔覆层表面形貌中波纹的细化.采用光内送粉,粉末直接落于环形光束中间,粉末熔化更均匀,成形质量更利于得到保证.
2.3 单道熔覆轨迹
在单道激光熔覆中,熔覆层的质量主要包括表面形貌,熔覆层的高度和宽度等.由于单道熔覆是多层堆积的基础,因此熔覆层的高度和宽度对多层堆积有着重要的影响,下图是光内送粉方案的单道熔覆效果.
3.两种送粉方式实验的成型件比较
在激光熔覆快速成形制造过程中,当零件的一层扫描熔覆完毕后,激光头相应地上升一个高度,对第二层进行扫描熔覆,依次类推,最后形成三维的金属件.
4.光内送粉实验
4.1圆形空心回转薄壁件的实验方案采用多轴运动控制器PMAC控制整个数控机床的运动,采用螺旋扫描方式,单道逐层扫描,完毕后Z轴上升一个高度Z,通过红外感应测温仪对激光熔池的温度进行每秒采集一次数据,通过温度数据调整激光功率大小和Z的大小.Z的调整通过程序界面实现.
加工过程的基本参数如下表所示:
表4.1加工参数表
激光功率
初始功率
3500W
功率变化
从第五层开始逐层缓慢降低
末段功率
800W
Δz
初期Δz变化
0.3mm
Δz变化
由喷嘴与成形件距离决定
扫描速度
5mm/s
层数
350
从成形的圆柱件可以看出,圆柱体的外表非常光滑,没有多少烧结粉末粘附在表层,特别是成形件底部的堆积效果最好.内部也和外表一样,没有多少粉末粘接.这说明堆积过程中,激光熔池始终处于圆柱的外沿中间,没有出现偏置,金属粉末得到了充分的利用,工作台上也没有多少粉末洒落.加工过程不需要特别的防护.
4.2 显微硬度测试
零件的常用五种机械性能包括:强度,硬度,塑性,冲击韧性和疲劳强度.硬度是表征金属在表面局部体积内抵抗变形和破裂的能力.金属的硬度虽然没有确切的物理意义,但是它不仅与材料的静强度,疲劳强度存在近似的经验关系,还与冷成形性,切削性,焊接性等工艺性能也间接存在某些联系.在硬度测量中,常见的类型有洛氏硬度,布氏硬度,维氏硬度,肖氏硬度,莫氏硬度,理氏硬度等.在维氏硬度测量中,所加的载荷可以任意选择,而所得的值相同,同时测量区域压痕浅,测定的硬度值比布氏和洛氏精确.本文采用上海恒一公司生产的MH-5维氏硬度机对所堆积的成形件进行硬度测试.如图4.3所示,采用两种测试方法:
(1)纵向测量,对零件直壁从基体开始向上每隔0.5mm测试一次,直到顶部,主要是研究其硬度整体分布与激光功率之间的关系.
(2)横向测量,对距离基体1mm的水平一层进行多次测量,观测其硬度变化大小.
表4.1方案一的测试数据(单位HV)
测试点
1
2
3
4
5
6
7
8

上一页下一页