金属粉末等离子熔积成形的初步工艺试验研究

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1、设计·研究《电加工与模具》"$$W年第"期金属粉末等离子熔积成形的初步工艺试验研究徐继彭!张海鸥"王桂兰"胡庆夕!方明伦!（!#上海大学快速制造工程中心，上海"$$%%%；"#华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室，湖北武汉%&$$’%）摘要：等离子熔积成形是一种新型金属原型／零件（模具）快速制造技术，该技术克服了传统快速原型技术存在的问题，可用于金属原型／零件制造、表面修复工程等方面，具有十分广阔的应用前景。对等离子熔积成形技术做了初步的工艺试验研究，并采用人工神经网络对熔积层几何形貌进行了预测优化，最后成功地进行了金

2、属零件的试制。关键词：等离子熔积；金属零件；快速成形；神经网络!"#$%&’#(%)*+,-’../#0123’+/&’#(,45’(%)6%3/$*+,(,(73/#08%.’$,#*)%.&%*,9$’+:’3,./(/,#()*+,-./!，012./32+4)"，52./6)+72."，3)8+./9+!，:2./;+./7).!（!#<12./12+=.+>-?@+AB，<12./12+"$$%%%，C1+.2；"#3)2D14./=.+>-?@+AB4E

3、，C1+.2）;<.(+%-(：I4JG-?,72@K2G-,4@+A+4.K2.)E2FA)?+./+@2.-JAB,-4E?2,+G,?4A4AB,+./／,2?A（K4)7G）K2.)E2FA)?+./A-F1.474/B#LA4>-?F4K-@A1-,?4M7-K@4E-9+@A+./NI，2.G12@2.-9A-.@+>-,-?@,-FA+>-，@)F12@A1-E2M?+F2A+4.4E?-E?2FA4?BO+.A?2FA2M7-K2A-?+27,2?A4?,?4A4AB,-，@)?E2F-?-P,2+?-G-./+.

4、--?，-AF#L.A1+@,2,-?，2E).G2K-.A27-9,-?+K-.AJ2@F2??+-G4)AE4?A1+@.-JA-F1.474P/B，2QRRK4G-7J2@+.A?4G)F-GA4,?-G+FA2.G4,A+K+D-A1-@12,-4E,72@K2G-,4@+A，2.GM2@-G4.A1-@-J4?S，K-A27,2?AJ2@E2M?+F2A-G@)FF-@@E)77B+.A1--.G#=’79,+$.：,72@K2G-,4@+A+4.；K-A27,2?A；NI；QRR!等离子熔积成形基本原理等离子熔积快速成

5、形是一种基于材料层积成形的思想，采用焊接方法中高度压缩、集束性好的等离子束熔化同步供给的金属粉末，在基板上逐层堆积形成金属原型或零件的技术，其实质是计算机控制下的三维等离子粉末堆焊成形［!］。等离子熔积枪或沉积基板的运动由通过CQT模型经切片分层处理后形成的二维平面信息来控制。零件成形的关键在于稳定精确地供应粉末，并控制金属粉末的熔化及随后的凝固过程，保证一定的熔池形状和连续的图!等离子熔积成形原理示意图固／液界面，使得成形过程保持连续和一致。其成形"试验研究原理如图!所示。等离子熔积成形技术是通过熔积一系列的薄层收稿日期："$$

6、%U!$U"V来形成三维零件，要想成形好的三维零件，首先要保基金项目：国家自然科学基金资助项目（W$$’W$&"）；中国博士后科学基金资助项目（"$$%$&X$VY）证成形好每一层，因此对粉末的单层熔积的研究非第一作者简介：徐继彭，男，!V’&年生，博士后。常重要。影响等离子熔积成形过程和熔积层质量的因素很多，其中转弧电流、熔积速度和送粉量是决定—&V—《电加工与模具》"((*年第"期设计·研究成形形貌和质量的最重要的!个因素，三者之间的度增加，因此熔积层的厚度和宽度会增大；熔积速度合理搭配是获得高质量熔积层的关键［"］。增加，等

7、离子加热粉末的时间减少，熔积层的厚度和下面研究转弧电流、熔积速度和送粉量这!个宽度会减小。重要参数对单层熔积层厚度和宽度的影响，以便确定各参数的影响规律，为制定合理的熔积成形工艺提供依据。!#"试验方法试验在自行设计的等离子熔积成形装置上进行。选取镍基高温合金粉末为成形材料，其主要成分的质量分数为：$%&’#()!*!#()，+,-’#*)!"-#()，+.-’#*)!"-#()，/.*#0)!（<）对熔积宽度的影响0#-)，1%234"#&)!"#5)。试验前，先将粉末在-((6的干燥箱中烘干处理"7，除去粉末中的水气。基体材料

8、采用低碳钢，试验前用砂纸去除表面的锈迹和油污，并进行预热处理。变化参数选择：转弧电流!""((!"5(3；转弧电压#""(#*!""(8；熔积速度#$"((!!((99／9%:；送粉速度#%-(!!(;／9%:。固定参数选择：工作气和送粉气流量均为