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《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)》2017年
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基于薄片叠层连接的金属零件三维成型技术探索研究

王迪  钱泽宇  叶光照  杨永强  宋长辉  
【摘要】:为了制备具有曲面造型或复杂内腔的零件模型,近年来出现了通过不同焊接方式进行薄片叠层连接直接制造金属零件的技术工艺。该工艺先由线切割加工等机加工工艺进行金属薄片的切割制造,形成多层金属薄片;再通过真空扩散焊接或激光点焊等金属薄片连接技术进行薄片间的连接形成零件模型。在此工艺基础上,本文利用真空热扩散焊接和激光扫描焊接连接厚度为100μm的金属薄片,形成具有复杂内腔结构的金属零件,探索薄片叠层技术对金属零件制造的可行性。具体的工艺流程如下:(1)利用计算机建模软件进行零件模型的建立,通过切片软件对模型进行切片形成加工文件;(2)将文件导入激光切割系统,通过激光加工切割厚度为0.1mm的不锈钢金属薄片,形成多层具有不同二维图形结构的金属薄片,将金属薄片作打磨抛光,去除油脂等表面处理;(3)将金属薄片顺序叠层并用定位销及特制夹具进行夹紧固定;(4)激光扫描焊接:先将叠层固定好的薄片进行激光点焊固定模型,再通过连续的激光扫描焊接形成多条连续焊缝,实现金属薄片的完整连接,其加工参数为频率25Hz,光斑直径0.2mm,脉冲宽度0.2ms;(5)真空热扩散焊接:将固定好的金属薄片放入真空度为1.0μPa的真空玻璃管中,再把整体置入热扩散炉中,在1000℃的温度下保温10h,随后进行去应力退火,消除零件内应力;(6)打磨激光扫描焊接和真空热扩散焊接后的试样,用超景深显微镜进行模型整体厚度及层片间距的观察比较。实验结果有:(1)经激光扫描焊接后的零件模型整体总尺寸为29.98mm×29.95mm×5.42mm,层间连接良好,相邻两薄片间总厚度平均为207.4μm,在厚度方面满足金属零件的使用要求,但在激光焊接过程中存在有局部受热不均而致局部塌陷形成点状凹坑,金属飞溅的现象,导致局部表层出现受热胀大的现象。(2)经真空热扩散焊接后的金属零件层片连接更加紧密,层片状现象基本消失,无明显变形,尺寸精度理想,结构稳定可靠,层片翘起现象并不明显,成型效果符合零件使用效果。实验结果表明,经真空热扩散焊接后的金属零件在成型精度及内腔成型方面比激光扫描焊接的成型效果更佳,但真空热扩散焊接的成型时间长,工艺流程复杂,耗能大。

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