盤形凸輪表面激光熔覆工藝研究.pdf

1、本文針對盤形凸輪表面激光熔覆工藝開展了理論和實(shí)驗(yàn)研究。盤形凸輪表面激光熔覆時(shí)獲得均勻熔覆層的關(guān)鍵問題是要保證熔覆過程中的熱效應(yīng)時(shí)時(shí)相等。這可以通過多種途徑來實(shí)現(xiàn)：可以通過改變功率；改變掃描速度等；也可以通過運(yùn)動控制來實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下為達(dá)到上述目的，經(jīng)研究分析表明通過運(yùn)動控制來實(shí)現(xiàn)是可行的。 本文重點(diǎn)研究光斑沿凸輪輪廓線連續(xù)周向掃描過程中的運(yùn)動控制問題。由于凸輪輪廓線通常是一條封閉或半封閉(移動凸輪)的復(fù)雜曲線，因此凸輪表面

2、激光熔覆的運(yùn)動控制問題遠(yuǎn)比平面或圓柱形等簡單形狀下零部件的運(yùn)動控制問題復(fù)雜的多。 理論分析表明：要在凸輪表面獲得周向均勻的熔覆層必須滿足三個(gè)基本條件：一、激光束需沿凸輪輪廓面的法線入射；二、離焦量保持恒定；三、光斑的掃描速度不變。本文在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下提出了將凸輪輪廓線離散化為有限條長度近似相等的圓弧或直線段聯(lián)接而成的，采用數(shù)控機(jī)床x、z、ω三軸聯(lián)動的運(yùn)動控制方法，解決了盤形凸輪表面激光熔覆運(yùn)動控制問題。通過對凸輪表面熔覆層縱剖面

3、宏微觀結(jié)構(gòu)的分析，驗(yàn)證了上述運(yùn)動控制方法的可行性。 運(yùn)用數(shù)值分析軟件MATLAB來輔助數(shù)控編程過程中的大量計(jì)算和邏輯判斷，并以此軟件為平臺開發(fā)出了適合于一般盤形凸輪表面激光熔覆的數(shù)控程序自動生成模塊。 對于輪廓面寬度超過光斑寬度的凸輪需采用多道搭接的掃描工藝方法實(shí)現(xiàn)凸輪表面激光熔覆，這又出現(xiàn)了改善多道搭接熔覆層平整度、提高凸輪表面搭接熔覆層軸向均勻性等問題。本文通過實(shí)驗(yàn)研究得出了凸輪表面激光熔覆層合理搭接系數(shù)；并采用對稱

4、掃描的工藝方法提高了搭接熔覆層與基體交界處的軸向分布均勻性。 熔覆層裂紋問題一直是激光熔覆技術(shù)中的棘手問題同樣也是盤形凸輪表面激光熔覆過程中存在的問題之一。熔覆層產(chǎn)生裂紋的因素有很多，比如：熔覆材料的選取，基體的預(yù)處理情況；光斑尺寸，離焦量，激光功率P，光斑掃描速度v<,s>，以及送粉速率v<,f>等。除此之外基體的形狀對熔覆層裂紋也有一定的影響。據(jù)此分析，本文通過合理選擇熔覆粉末材料，以及多次實(shí)驗(yàn)研究找到了凸輪表面單道及多道熔