回转体零件激光再制造工艺及其试验装置的研究

摘要

激光再制造是利用先进的激光表面处理技术对失效的零部件进行修复、改进，以此恢复零部件性能，最终实现对失效产品的再制造。它不仅可以使损伤的零部件恢复外形尺寸，还可以让其使用性能达到甚至超过新品的水平。
　　本文根据研究目标和实际情况，对试验系统的功能、平台的工作机制进行分析。设计了一套适合回转体零件激光再制造工艺研究的试验系统。激光器采用中科院自主研制的500W全固态激光器（IS-500CBOO）。
　　首先，通过已有的相关研究成果，初步设计激光淬火工艺方案。实验结果借助显微镜、显微硬度计等设备进行观察并分析实验数据。获得较好的工艺参数组合后，进一步利用正交试验设计，分析得出各个工艺参数的理想组合，完成在X-Y两自由度工作平台对45#钢的淬火工艺研究。
　　其次，在自主设计的试验平台上，采用预置涂层的方法，通过对不同激光熔覆工艺参数下的几种粉末涂层的金相组织与显微硬度进行比较分析，得出理想的熔覆工艺参数。研究不同激光扫描转角下，熔覆层的组织和性能，找出最佳转角。并研究厚熔覆层的实现方法。
　　最后，利用本文研究所得出的理想熔覆工艺参数，对圆柱体表面进行较大面积激光熔覆后进行机械加工性能测试。同时，对试验平台仿形能力进行初步检测。
　　本文主要研究结论如下：
　　1.当各工艺参数值：激光功率 P=143W，扫描速度 V=6mm/s，扫描路径间距S=0.1mm，相对离焦量L=26mm时，能够对45#钢进行大面积淬火，并获得良好地淬火层。
　　2.基于自制铁基合金粉末，采用预置涂层的方法，对圆轴进行单道激光熔覆的理想工艺参数是激光功率 P=358W，扫描速度 V=2mm/s，相对离焦量L=138mm。
　　3.在单道激光熔覆层效果良好的前提下，各扫描转角a=0.2°或0.4°，可以实现较大回转面激光熔覆。
　　4.小功率激光器可以通过多层激光熔覆来制备厚熔覆层。
　　5.通过激光熔覆后的圆轴可以进行后续机加工，满足再制造工艺要求。
　　6.所设计的试验系统可以用于回转体零件的激光再制造工艺研究。

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中文摘要

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第1章 引言

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3主要研究内容

第2章 回转体零件激光再制造工艺试验系统设计

2.1试验系统的主要功能分析

2.2试验装置的成套系统简介

2.3 回转体零件试验平台的设计[16、17]

2.4 本章小结

第3章 45#钢激光表面淬火工艺的研究试验

3.1试验条件

3.2淬火工艺参数选择

3.3 45#钢激光表面淬火工艺参数间交互作用的研究[20]

3.4 45#钢激光表面淬火工艺的正交试验研究

3.5 本章小结

第4章 回转体零件激光熔覆工艺的研究试验

4.1激光熔覆材料的选择

4.2基体材料的选择

4.3试验方案的确定

4.4激光熔覆工艺流程与工艺的确定

4.5激光熔覆工艺对单道熔覆层形态的影响

4.6激光熔覆多道自制铁基粉末涂层性能比较及工艺参数选择

4.7激光熔覆双层自制铁基粉末涂层性能比较及工艺选择

4.8本章小结

第5章 试件后加工性能及试验平台仿形能力测试

5.1回转体零件激光熔覆试件后加工性能试验

5.2试验平台仿形能力测试

5.3本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士研究生期间发表的论文