【摘 要】
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铝合金过渡端框架是分级火箭过渡段的主承力构件,用于实现火箭级与级之间的连接,在火箭发射过程中起着重要作用。目前主要是通过将锻件毛坯进行机加工减材的方式来生产过渡端零件,生产效率低,生产成本高,已经无法满足我国运载火箭高频率、多种类的使用需求。电弧增材制造是一种以电弧为热源的新型制造方法,具有效率高、成本低等一系列优点,能够很好的满足尺寸大、结构复杂金属零件的制造,近年来已近在航空航天等领域取得了较
【基金项目】
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国家重点研发计划,项目名称:高性能大型金属构件多电弧协同增材制造工艺与装备(项目编号:2017YFB1103200);
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铝合金过渡端框架是分级火箭过渡段的主承力构件,用于实现火箭级与级之间的连接,在火箭发射过程中起着重要作用。目前主要是通过将锻件毛坯进行机加工减材的方式来生产过渡端零件,生产效率低,生产成本高,已经无法满足我国运载火箭高频率、多种类的使用需求。电弧增材制造是一种以电弧为热源的新型制造方法,具有效率高、成本低等一系列优点,能够很好的满足尺寸大、结构复杂金属零件的制造,近年来已近在航空航天等领域取得了较大的发展。本文主要是对2139铝合金丝材运用电弧增材制造方式打印过渡端框架的“控形”进行研究,并打印出尺寸合格的过渡端构件。在打印过渡端框架之前,需先打印出符合尺寸要求的过渡端单元体结构。首先研究在不同工艺下单层单道、单层多道的成形尺寸和质量变化规律。在电流为80-150A范围内进行单层单道堆积时,随着电流的增大,堆积金属的熔宽呈逐渐增加的趋势,余高则保持在3.5mm范围附近,且在120A时临近最大值。运用二次回归通用旋转组合设计方法建立了单层多道堆积金属层高的数学模型公式,其中电流为正相关,枪头移动速度和偏移量则为负相关,对于层高的影响力大小为枪头移动速度>偏移量>电流。根据获得的层高数学模型,选取合理的堆积层高,运用相应的工艺参数打印过渡端单元体结构,运用三维测量技术检测出尺寸误差在±1.983mm内,有足够的加工余量,满足尺寸要求。根据单元体的结构特点,研究了不同切片工艺和扫描路径对于基板和构件变形的影响,选出变形量较小的工艺和路径。(1)在打印相同尺寸,高度为20mm的长方形金属块时,分别选择层高3.33mm、4mm、5mm三种打印方式,发现切片层高为5mm时,基板产生的变形量最小,为3.1776mm;(2)打印环形构件时,与由内到外的扫描方式相比,由外到内的扫描方式基板整体变形量更小,但由外到内扫描方式造成在接近熄弧点处角点变形量更大,造成整体基板变形不均匀;(3)加强板部分的扫描方式中轮廓偏置扫描起弧次数较多造成基板变形量较大。且该扫描方式拐角较多,造成打印成型质量较差,因此在打印时应选用圆弧扫描方式更为合理。运用变形量最小的工艺和路径打印单元体,整体变形量小于0.9mm。最后,打印铝合金过渡端框架构件,根据构件的结构特点进行分区打印。运用三维测量设备和处理软件Geomagic Qualify对每一打印区域进行尺寸测量。测得过渡端框架整体误差在±2.1268mm内,满足零件加工和使用要求。
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