【摘 要】
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发动机曲轴作为汽车最重要的部件之一,主轴颈经常受到周期性载荷从而造成表面磨损、烧伤、擦伤等失效形式,采用激光熔覆修复汽车曲轴主轴颈不仅能够实现曲轴主轴颈修复的近净成型、减短修复周期,也能够提升曲轴工作可靠性与服役寿命。通过研究激光熔覆工艺参数与位移参数对同轴送粉喷嘴粉末流汇聚特性、熔覆层单道和两层多道的几何特性作用规律,构建两层多道熔覆层的成型精度的响应面模型,实现对曲轴主轴颈修复的成型控制,对完
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发动机曲轴作为汽车最重要的部件之一,主轴颈经常受到周期性载荷从而造成表面磨损、烧伤、擦伤等失效形式,采用激光熔覆修复汽车曲轴主轴颈不仅能够实现曲轴主轴颈修复的近净成型、减短修复周期,也能够提升曲轴工作可靠性与服役寿命。通过研究激光熔覆工艺参数与位移参数对同轴送粉喷嘴粉末流汇聚特性、熔覆层单道和两层多道的几何特性作用规律,构建两层多道熔覆层的成型精度的响应面模型,实现对曲轴主轴颈修复的成型控制,对完善汽车曲轴再制造基础理论具有积极意义。为了研究曲轴主轴颈修复的成型控制方法,首先,基于有限元仿真研究了激光熔覆同轴送粉喷嘴送粉速度对粉末汇聚特性的影响规律,研究发现随着送粉速度的升高焦点直径随之降低;通过研究激光光斑与粉末流焦点直径的作用关系,获得最佳送粉速度,并通过试验验证了最佳送粉速度的准确性,揭示了激光光斑大小与粉末流焦点直径的相互关系对熔覆效率与形貌的作用机理。其次,基于全因子试验,研究了激光功率、线速度、离焦量对曲轴表面单道熔覆层高宽比、润湿角和熔覆效率的影响规律,揭示了工艺参数对熔覆层几何特性之间的交互作用机理,并通过多目标优化的灰色关联分析获得了最佳工艺参数,将预测最佳工艺参数所得结果与试验结果对比可知在规定参数范围内模型的预测误差为2.7%,为曲轴表面多道涂覆成型提供理论基础。最后,通过响应面法的Box-Bohnken Design矩阵试验,研究了激光熔覆喷嘴的位移参数Y轴提升量、X轴偏移量以及搭接率对曲轴表面两层多道熔覆层的未熔面积、平整度和宽度的耦合作用规律,获得了激光熔覆搭接率、层叠过程的位置参数与曲轴表面成型控制方法的响应面模型,揭示了激光熔覆位置参数对曲轴表面双层多道搭接成型质量的影响机理,为双层多道熔覆涂层成型控制与预测提供理论依据。研究成果对汽车曲轴主轴颈激光熔覆表面修复成型机理与质量、控制方法,以及轨迹控制提供理论依据,为其他零部件的激光熔覆修复应用提供理论基础。
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