激光增减材交互中基体温度状态对表面质量影响研究 
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Influence of Matrix Temperature State on Surface Quality During Interactive Additive and Subtractive Manufacturing
高孟秋 1,2,3,4赵宇辉 1,2,3赵吉宾 1,2,3,*王志国 1,2,3王志永 1,2,3,5孙力博 1,2,3,6
1 中国科学院网络化控制系统重点实验室, 辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院沈阳自动化研究所, 辽宁 沈阳 110016
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院, 辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学, 北京 100049
5 东北大学机械工程与自动化学院, 辽宁 沈阳 110819
6 沈阳工业大学材料科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110870
图 & 表
图 1. 实验过程示意图。 (a)增材制造;(b)减材工艺;(c)表面测试位置;(d)金相试样取样位置;(e)硬度测试位置;(f)金相试样
Fig. 1. Schematic of experimental process. (a) Additive manufacturing; (b) subtractive process; (c) surface test position; (d) sampling position of metallographic sample; (e) hardness test position; (f) metallographic sample
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图 2. 增减材制造过程中的温度
Fig. 2. Temperature during hybrid additive/subtractive manufacturing
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图 3. 增减材工件的表面粗糙度
Fig. 3. Surface roughness of additive/subtractive workpiece
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图 4. 在不同基体温度下铣削后的表面形貌
Fig. 4. Surface morphologies of workpieces after milling at different matrix temperatures
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图 5. 在不同基体温度下铣削后的沉积层微观组织图。(a) 482 ℃;(b) 205 ℃;(c) 164 ℃
Fig. 5. Microstructures of deposited layer after milling at different matrix temperatures. (a) 482 ℃; (b) 205 ℃; (c) 164 ℃
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图 6. 各个工件表面的残余应力
Fig. 6. Surface residual stress of each workpiece
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图 7. 工件不同位置处的硬度分布
Fig. 7. Hardness distribution at different workpiece positions
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表 1316L粉末的化学成分
Table1. Chemical compositions of 316L powder
| Element | Cr | Ni | Mo | Mn | Si | C | P | S | N | Fe |
|---|
| Mass fraction /% | 17.09 | 10.61 | 2.38 | 1.17 | 0.59 | 0.013 | 0.011 | 0.011 | 0.09 | Bal. |
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表 2加工参数
Table2. Processing parameters
| Parameter | Power /W | Scanning speed /(mm·s-1) | Powder feedingspeed /(g·min-1) | Milling speed /(m·min-1) | Milling depth /mm | Feed pertooth /mm |
|---|
| Value | 1600 | 6 | 8 | 150 | 0.1 | 0.05 |
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表 3粗糙度测试结果
Table3. Measurement results of roughnessμm
| Workpiece No. | Top | Middle | Substrate | Average | Error |
|---|
| 1# | 2.174 | 2.264 | 2.239 | 2.2257 | 0.065 | | 2# | 1.127 | 1.188 | 1.26 | 1.1917 | 0.133 | | 3# | 0.858 | 0.921 | 0.872 | 0.8873 | 0.065 |
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高孟秋, 赵宇辉, 赵吉宾, 王志国, 王志永, 孙力博. 激光增减材交互中基体温度状态对表面质量影响研究[J]. 中国激光, 2020, 47(8): 0802011. Gao Mengqiu, Zhao Yuhui, Zhao Jibin, Wang Zhiguo, Wang Zhiyong, Sun Libo. Influence of Matrix Temperature State on Surface Quality During Interactive Additive and Subtractive Manufacturing[J]. Chinese Journal of Lasers, 2020, 47(8): 0802011.
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