增材制造金属零件的残余应力控制与消除技术.pptx

数智创新数智创新 变革未来变革未来增材制造金属零件的残余应力控制与消除技术1.增材制造工艺的原理及特点1.增材制造过程中残余应力的成因及危害1.增材制造零件残余应力的测量方法1.增材制造金属零件残余应力的控制策略1.增材制造金属零件残余应力的消除工艺1.增材制造金属零件残余应力的消除效果评价1.增材制造金属零件残余应力的控制与消除技术发展趋势1.增材制造金属零件残余应力的工艺参数优化Contents Page目录页 增材制造工艺的原理及特点增材制造金属零件的残余增材制造金属零件的残余应应力控制与消除技力控制与消除技术术增材制造工艺的原理及特点1.增材制造技术，也称为3D打印技术，是一种以数字化模型文件为基础，通过逐步逐层添加材料来制造三维实体产品的过程2.增材制造工艺与传统的减材制造工艺相反，无需切割或加工材料，而是通过逐层叠加的方式将材料累积形成所需的形状3.增材制造技术可以处理各种材料，包括金属、塑料、陶瓷和复合材料，并具有设计自由度高、生产周期短、成本低廉等特点，因此广泛应用于航空航天、医疗、建筑和交通运输等行业增材制造工艺的原理增材制造工艺的原理及特点增材制造工艺的特点1.与传统的制造工艺相比，增材制造工艺具有以下特点：-生产过程更加灵活，可根据设计要求快速调整零件的形状和结构，无需重新设计模具或工具。

生产成本更低，特别是对于小批量或定制化的产品，增材制造工艺可以显著降低生产成本生产时间更短，由于不需要复杂的模具或工具，增材制造工艺可以缩短生产周期，加快产品上市速度2.增材制造工艺还具有以下独特优势：-设计自由度高，增材制造工艺可以制造出传统工艺无法实现的复杂几何形状，例如蜂窝状结构、内部通道和减重结构材料利用率高，增材制造工艺可以根据零件的形状精确控制材料的添加，减少材料浪费环境影响小，增材制造工艺无需使用冷却液或润滑剂，并且产生的废物更少，因此对环境更加友好增材制造过程中残余应力的成因及危害增材制造金属零件的残余增材制造金属零件的残余应应力控制与消除技力控制与消除技术术增材制造过程中残余应力的成因及危害激光粉末床熔合(LPBF)工艺的热循环效应1.LPBF工艺中，激光束在粉末床上移动并选择性地熔化粉末颗粒，形成熔池熔池冷却后，凝固成固体金属，并在周围材料的约束下产生残余应力2.残余应力的产生主要归因于热循环效应当激光束扫描时，熔池周围的材料受到加热和冷却的影响，导致材料体积发生膨胀和收缩这种体积变化会导致残余应力的产生3.残余应力的分布与激光扫描路径、激光功率、扫描速度、粉末层厚度等工艺参数有关。

工艺参数的变化会导致残余应力分布发生变化材料的熔化行为和凝固过程1.增材制造过程中，材料的熔化行为和凝固过程对残余应力的产生有重要影响材料的熔化温度、凝固温度、热膨胀系数和比热容等物理性质会影响残余应力的分布2.材料在熔化过程中会吸收热量，导致体积膨胀在凝固过程中，材料会释放热量，导致体积收缩这种体积变化会导致残余应力的产生3.材料的熔化行为和凝固过程与激光功率、扫描速度、粉末层厚度等工艺参数有关工艺参数的变化会导致材料的熔化行为和凝固过程发生变化，从而影响残余应力的分布增材制造零件残余应力的测量方法增材制造金属零件的残余增材制造金属零件的残余应应力控制与消除技力控制与消除技术术增材制造零件残余应力的测量方法X射线衍射法：1.原理：利用X射线对金属材料的衍射效应来确定金属的内部结构和残余应力通过测量衍射峰的位移或展宽，可以计算出材料的残余应力2.优点：非破坏性、精度高、可以测量内部残余应力3.缺点：设备昂贵、操作复杂、需要专业人员进行操作中子衍射法：1.原理：利用中子对金属材料的散射效应来确定金属的内部结构和残余应力通过测量散射峰的位移或展宽，可以计算出材料的残余应力2.优点：非破坏性、精度高、可以测量内部残余应力。

3.缺点：需要大型中子源，设备昂贵，实验时间长增材制造零件残余应力的测量方法1.原理：利用超声波在金属材料中传播的速度与材料的弹性模量和残余应力有关通过测量超声波的传播速度，可以计算出材料的残余应力2.优点：非破坏性、操作简单、可以实时监测残余应力3.缺点：精度相对较低，对材料的表面质量和几何形状有要求应变计法：1.原理：利用应变计粘贴在金属材料表面，测量材料表面残余应力引起的应变通过应变与残余应力的关系，可以计算出材料的残余应力2.优点：操作简单、成本低廉、可以测量表面残余应力3.缺点：破坏性，只能测量表面残余应力，精度相对较低超声波法：增材制造零件残余应力的测量方法磁控法：1.原理：利用金属材料的磁畴结构对残余应力的敏感性，通过测量材料的磁畴结构来确定材料的残余应力2.优点：非破坏性、操作简单、成本低廉3.缺点：精度相对较低，对材料的磁性有要求拉曼光谱法：1.原理：利用材料中分子的振动谱图来确定材料的残余应力通过测量分子的振动频率的位移或展宽，可以计算出材料的残余应力2.优点：非破坏性、操作简单、可以测量内部残余应力增材制造金属零件残余应力的控制策略增材制造金属零件的残余增材制造金属零件的残余应应力控制与消除技力控制与消除技术术增材制造金属零件残余应力的控制策略激光功率控制1.激光功率是增材制造过程中影响残余应力的重要因素。

激光功率越高，熔池温度越高，冷却速度越快，残余应力越大因此，在增材制造过程中，应根据材料类型、零件形状和尺寸等因素，选择合适的激光功率，以减小残余应力2.激光功率控制技术主要包括：激光功率调制、激光功率扫描和激光功率聚焦激光功率调制是指在增材制造过程中，根据零件的几何特征和材料特性，动态调整激光功率，以减小残余应力激光功率扫描是指在增材制造过程中，通过改变激光束的扫描路径和速度，来控制激光功率的分布，以减小残余应力激光功率聚焦是指在增材制造过程中，通过改变激光束的聚焦位置和大小，来控制激光功率的分布，以减小残余应力3.激光功率控制技术可以有效地减小增材制造金属零件的残余应力研究表明，采用激光功率控制技术，可以将增材制造金属零件的残余应力降低30%50%增材制造金属零件残余应力的控制策略扫描路径优化1.扫描路径是指激光束在增材制造过程中移动的轨迹扫描路径的合理设计可以有效地减小增材制造金属零件的残余应力一般来说，扫描路径应遵循以下原则：-避免扫描路径与零件的薄弱部位重叠避免扫描路径与零件的边缘重叠避免扫描路径与零件的孔洞重叠扫描路径应尽量均匀地分布在零件的表面上2.扫描路径优化技术主要包括：扫描路径规划、扫描路径生成和扫描路径控制。

扫描路径规划是指根据零件的几何形状和材料特性，确定扫描路径的总体走向和方向扫描路径生成是指根据扫描路径规划的结果，生成具体的扫描路径数据扫描路径控制是指在增材制造过程中，根据零件的实际情况，动态调整扫描路径，以减小残余应力3.扫描路径优化技术可以有效地减小增材制造金属零件的残余应力研究表明，采用扫描路径优化技术，可以将增材制造金属零件的残余应力降低20%30%增材制造金属零件残余应力的消除工艺增材制造金属零件的残余增材制造金属零件的残余应应力控制与消除技力控制与消除技术术增材制造金属零件残余应力的消除工艺热处理消除法：1.热处理消除法是指通过控制温度梯度和冷却速度,来降低或消除增材制造金属零件中的残余应力2.热处理消除法的工艺过程一般包括:预热、保温和冷却三个阶段3.热处理消除法能够有效降低增材制造金属零件中的残余应力,但同时也可能导致零件的变形和性能下降热机械处理消除法：1.热机械处理消除法是在热处理的基础上,加入机械变形来降低或消除残余应力2.热机械处理消除法的工艺过程一般包括:预热、保温、机械变形和冷却四个阶段3.热机械处理消除法比热处理消除法更有效,但同时也可能导致零件的变形和性能下降。

增材制造金属零件残余应力的消除工艺激光冲击消除法：1.激光冲击消除法是利用激光的高能量脉冲,在零件表面产生冲击波,从而降低或消除残余应力2.激光冲击消除法具有非接触、快速、高效等优点3.激光冲击消除法能够有效降低增材制造金属零件中的残余应力,但同时可能导致零件表面损伤超声波消除法：1.超声波消除法是利用超声波的振动能量,来降低或消除增材制造金属零件中的残余应力2.超声波消除法具有非接触、快速、高效等优点3.超声波消除法能够有效降低增材制造金属零件中的残余应力,但同时可能导致零件表面损伤增材制造金属零件残余应力的消除工艺化学消除法：1.化学消除法是利用化学腐蚀来降低或消除增材制造金属零件中的残余应力2.化学消除法具有非接触、快速、高效等优点3.化学消除法能够有效降低增材制造金属零件中的残余应力,但同时可能导致零件表面损伤机械消除法：1.机械消除法是利用机械加工来降低或消除增材制造金属零件中的残余应力2.机械消除法具有简单、方便、成本低等优点增材制造金属零件残余应力的消除效果评价增材制造金属零件的残余增材制造金属零件的残余应应力控制与消除技力控制与消除技术术增材制造金属零件残余应力的消除效果评价残余应力测量技术1.介绍了应变计、X射线衍射、中子衍射和超声波等残余应力测量技术。

2.分析了每种技术的原理、特点和适用范围3.比较了不同技术的优缺点，并提出了残余应力的综合测量方法残余应力消除技术1.介绍了热处理、机械加工、振动时效和喷丸强化等残余应力消除技术2.分析了每种技术的原理、特点和适用范围3.比较了不同技术的优缺点，并提出了残余应力的综合消除方法增材制造金属零件残余应力的消除效果评价残余应力消除效果评价指标1.介绍了残余应力消除效果评价的常用指标，如残余应力值、应力梯度、裂纹扩展阻力等2.分析了每种评价指标的含义和意义3.提出了残余应力消除效果评价的综合指标体系残余应力消除效果评价方法1.介绍了残余应力消除效果评价的常用方法，如拉伸试验、疲劳试验、断裂韧性试验等2.分析了每种评价方法的原理、特点和适用范围3.比较了不同评价方法的优缺点，并提出了残余应力消除效果评价的综合方法增材制造金属零件残余应力的消除效果评价残余应力消除效果评价标准1.介绍了残余应力消除效果评价的常用标准，如国家标准、行业标准和企业标准等2.分析了每种标准的适用范围和要求3.提出了残余应力消除效果评价的综合标准体系残余应力消除效果评价案例1.介绍了残余应力消除效果评价的典型案例，如某航空零件、某汽车零件和某医疗器械零件等。

2.分析了每种案例的具体情况和评价结果3.总结了残余应力消除效果评价的经验和教训增材制造金属零件残余应力的控制与消除技术发展趋势增材制造金属零件的残余增材制造金属零件的残余应应力控制与消除技力控制与消除技术术增材制造金属零件残余应力的控制与消除技术发展趋势1.基于传感器和机器学习的残余应力监测技术：利用传感器和机器学习算法实时监测增材制造过程中残余应力变化，实现过程控制和质量保证2.自适应工艺参数控制技术：根据监测结果，自适应调整工艺参数，如激光功率、扫描速度、粉末送feedrate等，以动态控制残余应力水平3.多尺度建模与仿真技术：建立多尺度建模与仿真框架，耦合宏观、微观尺度行为，预测残余应力分布和演变，指导工艺参数优化和残余应力控制增材制造金属零件残余应力消除技术1.热处理技术：通过热处理工艺，如退火、回火等，降低材料内部残余应力水平，提高零件的尺寸稳定性和抗疲劳性能2.机械加工技术：采用机械加工方式，如铣削、grinding等，去除零件表面残余应stress层，降低表面残余应力水平，提高零件的表面质量和机械性能3.激光冲击技术：利用高功率激光束冲击零件表面，产生局部塑性变形，从而消除残余应力，提高零件的疲劳寿命和耐磨性。

增材制造金属零件残余应力监测与控制技术 增材制造金属零件残余应力的工艺参数优化增材制造金属零件的残余增材制造金属零件的残余应应力控制与消除技力控制与消除技术术增材制造金属零件残余应力的工艺参数优化1.激光功率的影响：激光功率越大，熔。