增材制造TC4钛合金激光抛光实验研究

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增材制造技术作为近年来高速发展的新技术,可以较好地满足难加工材料复杂形状的加工需求。然而,增材制造的金属零件表面粗糙度较大,无法直接用于实际应用。传统的机械、化学等表面抛光方式存在加工效率低、加工精度控制难、环境污染大等缺点。激光抛光工艺作为新型的表面处理技术,具有加工精度高、影响区域小、加工灵活等优势,可以很好地满足难加工金属零件的表面抛光要求。本文围绕铺粉增材制造以及送粉增材制造TC4钛合金开展表面激光抛光实验研究,探索激光抛光工艺对材料性能的影响机制。研究内容具体如下:(1)铺粉增材制造TC4钛合金表面激光抛光实验:采用三因子四水平的正交实验,通过连续激光对铺粉增材制造TC4钛合金零件表面进行激光抛光实验,基于极差分析和方差分析,获得激光抛光参数敏感性与显著因子,并对加工参数进行优化,最终材料表面粗糙度由Ra 12.31μm降低至Ra 0.79μm,表面粗糙度降低了约93.52%。(2)TC4钛合金激光抛光材料性能研究:采用数值模拟的方法建立激光抛光过程温度场仿真分析,为后续研究提供参考依据,并借由红外热像仪,对其进行验证。基于温度场分析结果,采用实验手段,分别从样件的金相组织、晶粒尺寸、残余应力等方面进行分析,并结合材料表面粗糙度,研究激光抛光对材料耐腐蚀性能的影响机制。(3)送粉增材制造TC4钛合金异步激光抛光工艺研究:由于送粉增材制造TC4钛合金零件表面不仅存在较大的粗糙度还有较大的表面波纹度,无法利用单步激光抛光工艺有效提升表面质量,提出采用皮秒激光-连续激光异步复合抛光的方式对其进行加工。采用实验手段,研究皮秒激光加工参数对表面平整度的影响规律,获得皮秒激光加工的合理参数,同时结合先前研究获得的激光抛光加工工艺,实现送粉增材制造钛合金表面质量的大幅提升,材料表面粗糙度从Ra 6.62μm降低至Ra 0.55μm。本文以增材制造TC4钛合金为研究对象,分别对两种典型成型方式的零件,进行激光抛光工艺研究,实现表面粗糙度为亚微米级别的抛光。并结合材料性能测试分析,揭示抛光工艺对于材料性能的影响,为工艺优化提供参考。
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