基于五轴联动的半固态金属挤出沉积成型技术研究

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1、分类号学号M201270290学校代码10487密级硕士学位论文基于五轴联动的半固态金属挤出沉积成型技术研究学位申请人：何龙学科专业：机械制造及其自动化指导教师：张鸿海教授答辩日期：2015年5月16日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringTheStudyonSemi-solidMetalExtrusionDepositionMoldingTechnologyBasedonFive-axi

2、sLinkageCNCWorkbenchCandidate:HeLongMajor:MechanicalManufacturingandAutomationSupervisor:Prof.ZHANGHonghaiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074，P.R.ChinaMay，2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究

3、成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内

4、打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要现有的金属3DP技术，如激光、电子束、微弧焊、焊接三维成型等都是利用高能束将金属粉材或丝材熔化形成熔池，与已成型表面形成冶金结合。由于熔池的形成复杂不可控易流淌，且高能束造成的局部高温使零件产生较大内应力和裂纹。本文提出了半固态金属挤出沉积成型工艺，该工艺结合了半固态成型和熔融沉积（FDM）工艺的特点，成型过程中避免了熔池的产生，简单可控，同时还具有设备简单、成本低等优点。针对传统的熔融沉积工艺无法直接成型具有悬臂结构零件的缺点

5、，提出了运用五轴联动数控技术，实现了具有悬臂结构等复杂零件的成型，扩展了应用范围。本文首先研究了半固态合金浆料的几种常见制备方法及浆料形成过程中枝晶组织转变机制的几种假说。然后分析了五轴联动技术的常见结构形式及各自技术特点。据此设计了符合本文要求的五轴联动成型工作平台。并建立了五轴联动成型工作台的运动学模型以及坐标转换方程。设计制作了半固态金属挤出沉积成型试验装置，并详细介绍了关键部件进丝机构、喷嘴结构及五轴联动数控工作台的结构设计。以锡铜合金焊丝为原料，在搭建的成型系统上进行了实验研究，探索了进丝速度、扫描速度、温度、

6、喷嘴直径等系统参数对成型效果的影响规律。以此为指导进行了三维金属零件的成型实验，取得了较好成型结果。此外，以该实验装置为基础，通过五轴联动数控工作台的旋转将悬臂结构零件水平方向打印转换为垂直方向打印，实现了具有悬臂结构零件的成型。验证了基于五轴联动数控工作台实现悬臂件成型方案的可行性。关键词：半固态金属成型熔融沉积五轴联动悬臂结构I华中科技大学硕士学位论文AbstractCurrentmetal3DPtechnologies,suchaslaserandelectronbeam,microarcwelding,andwe

7、ldingthree-dimensionalmoldingandsoon,usehighenergybeamformeltingthemetalpowdermaterialorwirematerialtoformamoltenpool,andestablishmetallurgicalbondwiththeshapedsurface.Sincetheformationofmoltenpooliscomplexanduncontrolledandlocalhightemperaturemakesthepartsformla

8、rgeinternalstressandcracks,inthispaper,weproposedsemi-solidmetalextrusiondepositionmoldingprocess.Thistechnologyavoidstheformationofmoltenpoolwithsimpleequipme