基于红外图像温度分区的激光沉积成形扫描路径规划

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1、硕士学位论文论文题目基于红外图像温度分区的激光沉积成形扫描路径规划研究生范钦春专业机械电子工程研究方向激光增材制造技术指导教师卞宏友（副研究员）二零一五年三月基于红外图像温度分区的扫描路径规划沈阳航空航天大学分类号密级公开UDC学位论文题目：基于红外图像温度分区的激光沉积成形扫描路径规划研究生姓名：范钦春学科专业名称：机械电子工程研究方向：激光增材制造技术论文类型：应用研究申请学位：工学硕士指导教师姓名：卞宏友指导教师职称：副研究员指导教师单位：沈阳航空航天大学论文提交日期：2015年月日论文答辩日期：2015年

2、月日沈阳航空航天大学2015年03月SHENYANGAEROSPACEUNIVERSITYTHESISFORMASTER’SDEGREEASACNNINGPATHPLANNINGMETHODBASEDONTEMPERATUREPARTITIONININFRAREDPICTUREOFLDSCandidate：QinchunFansupervisor：HongyouBianSpecialty：MechatronicengineeringDate:March,2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师

3、的指导下独立完成的。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果，也不包含本人为获得其他学位而使用过的成果。对本文研究做出重要贡献的个人或集体均已在论文中进行了说明并表示谢意。本声明的法律后果由本人承担。论文作者签名：年月沈阳航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，人们在快速原型技术的基础上提出了金属激光沉积成形技术用于制造具有复杂形状的高性能金属结构件。该技术集机械、激光、计算机控制、数控技术等先进技术于一体，可在短时间内生产出具有传统机械加工产品性能及传统机械加工手段无法达到

4、的复杂形状零件。现阶段采用金属激光沉积成形技术制造的几种典型合金的中小型零件的综合力学性能已与锻件相当，而典型大型结构件的生产制造也取得了突破性的进展。因此，金属激光沉积成形技术近年来得到了快速猛进的发展，同时也存在一些问题亟需解决。金属激光沉积成形技术中采用提前设置扫描间距、分层厚度等工艺参数的方式生成扫描路径沉积成形金属零件，加工过程中不可避免的出现温度累积的现象，造成零件几何精度不高、表面粗糙、翘曲变形严重等一系列问题。为此，国内外专家针对上述问题展开大量的研究工作，主要有采用实时监测熔池温度的方式反馈控制

5、激光功率与扫描速度等工艺参数、通过有限元分析软件模拟金属激光沉积成形过程等方法。仅管如此，但上述问题并没有得到有效解决。本文作者注意到金属激光沉积成形过程中温度累积导致熔覆宽度、熔覆高度变化的现象，在此研究了基体温度对熔覆宽度、熔覆高度的影响规律，分析了成形零件翘曲变形与温度梯度的联系。在此基础上提出基于层面温度分区的激光沉积成形扫描路径生成方法，主要包括沉积层面温度的采集、温度分区轮廓提取与规则化、温度分区轮廓与分层轮廓的“交”运算、分区变扫描间距的路径生成等。实验表明：该扫描路径可有效提高成形层面质量、降低沉

6、积成形过程中零件的温度梯度、减小成形零件的翘曲变形。关键词：温度梯度；残余应力；翘曲变形；温度分区；路径规划V沈阳航空航天大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,itisproposedthatlaserdepositionshaping(LDS)basedonrapidprototypingtechnologycanbeusedtomanufactureMetalstructuralpartswithhighperformanceandcomplexshape.LDScombinesmach

7、ine,laser,computer controlling technology,ComputerNumericalControl(CNC)andotheradvancedtechnologies,whichcanmanufacturehighperformanceandcomplexstructurecomponentsinshorttime.ThepropertiesofseveraltypicalsmallandmediumsizepartsmadebyLDSarecomparabletotheforgi

8、ngsinpresent,andtheManufacturingcapacityoflarge-scalepartshasalsomadeabreakthrough.SoLDShasachievedrapiddevelopment,buttherearesomeproblemsneedtobesolved.However,processparametersofLDSsuc