音像叶片类部件激光再制造形状与能控制任维彬

章 绪 论 PAGEREF_Tc3146773 \h 7 1.1 再制造产生过程 PAGEREF _Tc3146774 \h 7 1.2 再制造重要意义 PAGEREF _Tc3146775 \h 9 1.3 再制造分类与特点 PAGEREF _Tc3146776 \h 13 1.4 激光再制造研究发展现状 PAGEREF _Tc3146777 \h 16 1.4.1 材料体系及质 PAGEREF _Tc3146778 \h 16 1.4.2 材料成形 PAGEREF _Tc3146779 \h 17 1.4.3 激光加工工艺 PAGEREF _Tc3146780 \h 18 1.4.4 过程闭环控制 PAGEREF _Tc3146781 \h 19 1.5 叶片激光再制造研究展 AGREF _Tc3146782 \h 24 1.5.1 国外研究展 AGREF _Tc3146783 \h 24 1.5.2 国内研究展 AGREF _Tc3146784 \h 27 1.6 激光再制造领域研究热点 PAGEREF _Tc3146785 \h 28 参考文献 PAGEREF _Tc3146786 \h 29 第二章 激光再制造基本原理 PAGEREF_Tc3146787 \h 39 2.1 激光特 PAGEREF_Tc3146788 \h 39 2.1.1 高方向 PAGEREF _Tc3146789 \h 39 2.1.2 单色好 PAGEREF _Tc3146790 \h 41 2.1.3 相干 PAGEREF _Tc3146791 \h 42 2.1.4 高亮度 PAGEREF _Tc3146792 \h 44 2.2 产生原理 PAGEREF_Tc3146793 \h 45 2.2.1 光与物质关系 PAGEREF _Tc3146794 \h 45 2.2.2 粒子数反转 PAGEREF _Tc3146795 \h 47 2.. 光学谐振腔 PAGEREF _Tc3146796 \h 49 2.2.4 产生过程 PAGEREF _Tc3146797 \h 51 2.2.5 聚焦与传输 PAGEREF _Tc3146798 \h 51 . 激光再制造硬件系统 PAGEREF_Tc3146799 \h 55 ..1 激光器 PAGEREF _Tc3146800 \h 55 ..2 执行机构 PAGEREF _Tc3146801 \h 60 .. 光学系统 PAGEREF _Tc3146802 \h 61 ..4 外光路系统 PAGEREF _Tc3146803 \h 63 2.4 激光再制造软件系统 PAGEREF_Tc3146804 \h 66 2.4.1 软件系统功能 PAGEREF _Tc3146805 \h 67 2.4.2 功能实现过程 PAGEREF _Tc3146806 \h 70 2.4.3 通讯与碰撞检测 PAGEREF _Tc3146807 \h 72 2.5 激光与材料相互作用 PAGEREF_Tc3146808 \h 74 2.5.1 能量吸收影响因素 PAGEREF _Tc3146809 \h 74 2.5.2 激光能量吸收规律 PAGEREF _Tc3146810 \h 76 参考文献 PAGEREF _Tc3146811 \h 79 第三章 TC4合金叶片结构与损伤特征 PAGEREF_Tc3146812 \h 80 3.1 TC4叶片再制造需求 PAGEREF_Tc3146813 \h 80 3.2 航空发动机及叶片结构 PAGEREF_Tc3146814 \h 85 3.3 体积损伤原因及特征 PAGEREF_Tc3146815 \h 83.成形缺陷及影响因素 PAGEREF_Tc3146816 \h 93 3.5 已有研究局限 PAGEREF_Tc3146817 \h 99 第四章 主要再制造系统与表征设备 PAGEREF_Tc3146818 \h 100 4.1 钛合金叶片基体及成形材料 PAGEREF_Tc3146819 \h 100 4.2 激光再制造成形系统 PAGEREF_Tc3146820 \h 102 4.2.1 系统总体构成 PAGEREF _Tc3146821 \h 102 4.2.2 激光器系统 PAGEREF _Tc3146822 \h 103 4.. 机器人系统 PAGEREF _Tc31468 \h 104 4.2.4 送粉器系统 PAGEREF _Tc3146824 \h 105 4.3 面结构光维求系统 PAGEREF_Tc3146825 \h 105 4.4 高度监测闭环控制系统 PAGEREF_Tc3146826 \h 106 4.5 非接触式红外高温测量仪 PAGEREF_Tc3146827 \h 107 4.6 金相与断口形貌观察 PAGEREF_Tc3146828 \h 108 4.7 力学能测试设备 PAGEREF_Tc3146829 \h 10.7.1 表面显微硬度测试 PAGEREF _Tc3146830 \h 10.7.2 覆层残余应力测试 PAGEREF _Tc3146831 \h 111 第五章 脉冲激光工艺优越论 PAGEREF_Tc3146832 \h 113 5.1 形调控难点 PAGEREF_Tc3146833 \h 113 5.2 有限元模型建立 PAGEREF_Tc3146834 \h 114 5.2.1 条件设与简化 PAGEREF _Tc3146835 \h 114 5.2.2 再制造成形导热控制 PAGEREF _Tc3146836 \h 115 5.. 热源模型能量分布 PAGEREF _Tc3146837 \h 115 5.2.4 计算方法与物理模型 PAGEREF _Tc3146838 \h 116 5.2.5 点云采集与实体生成 PAGEREF _Tc3146839 \h 117 5.3 有限元模型建立 PAGEREF_Tc3146840 \h 120 5.4 温度场与应力场衍化规律 PAGEREF _Tc3146841\h 1 5.4.1 模型正确验 PAGEREF _Tc3146842 \h 1 5.4.2 单层成形温度场对比 PAGEREF _Tc3146843 \h 124 5.4.3 多层成形温度场对比 PAGEREF _Tc3146844 \h 125 5.4.4 单层成形应力场对比 PAGEREF _Tc3146845 \h 126 5.4.5 多层成形应力场对比 PAGEREF _Tc3146846 \h 130 第六章 脉冲激光成形工艺优化方法 PAGEREF_Tc3146847 \h 134 6.1 能量与质量传递 PAGEREF_Tc3146848 \h 134 6.2 熔化及凝固成形特征 PAGEREF_Tc3146849 \h 139 6.3 形状控制基础策略 PAGEREF_Tc3146850 \h 141 6.3.1 稀释率筛选策略分析 PAGEREF _Tc3146851 \h 141 6.3.2 层内搭接率优化分析 PAGEREF _Tc3146852 \h 142 6.3.3 激光工艺优化及评价 PAGEREF _Tc3146853 \h 144 6.3.4 脉冲参数优化过程 PAGEREF _Tc3146854 \h 148 6.3.5 有限元分析与验 PAGEREF _Tc3146855 \h 150 6.3.6 路径规划及成形量化控制 PAGEREF _Tc3146856 \h 155 6.4 叶片模拟件成形形状控制 PAGEREF_Tc3146857 \h 157 6.4.1 边部规则体积损伤控形 PAGEREF _Tc3146858 \h 157 6.4.2 边部非规则体积控形 PAGEREF _Tc3146859 \h 163 第七章 体积损伤再制造形状与能协同调控 PAGEREF _Tc3146860\h 170 7.1 表层裂纹损伤叶片协同调控 PAGEREF_Tc3146861 \h 170 7.1.1 损伤原因及特征 PAGEREF _Tc3146862 \h 170 7.1.2 再制造成形策略 PAGEREF _Tc3146863 \h 171 7.1.3再制造成形过程 PAGEREF _Tc3146864 \h 172 7.1.4 组织及力学能匹配 PAGEREF _Tc3146865 \h 174 7.2 叶片再制造形变验 PAGEREF_Tc3146866 \h 178 7.3 边部减薄损伤叶片协同调控 PAGEREF_Tc3146867 \h 181 7.3.1损伤原因及特征 PAGEREF _Tc3146868 \h 181 7.3.2元素匹配与工艺优化 PAGEREF _Tc3146869 \h 182 7.3.3 再制造工艺过程 PAGEREF _Tc3146870 \h 185 7.3.4 匹配验与能强化 PAGEREF _Tc3146871 \h 186 7.4 叶片再制造能验 PAGEREF_Tc3146872 \h 190 7.4.1 再制造整体形貌 PAGEREF _Tc3146873 \h 190 7.4.2 热影响区软化控制 PAGEREF _Tc3146874 \h 191 7.4.3 覆层耐磨验 PAGEREF _Tc3146875 \h 192 参考文献 PAGEREF_Tc3146876 \h 194 第八章 基于控形理论的闭环控制设计与实现 PAGEREF_Tc3146877 \h 200 8.1 不同波段滤光对测量影响 PAGEREF_Tc3146878 \h 200 8.1.1 结构光试验原理 PAGEREF _Tc3146879 \h 200 8.1.2 不同波段滤光效果 PAGEREF _Tc3146880 \h 201 8.2 成形形状闭环控制算法 PAGEREF_Tc3146881 \h 204 8.3 闭环控制系统方案构建 PAGEREF_Tc3146882 \h 207 8.3.1 单目分开式测量方案 PAGEREF _Tc3146883 \h 207 8.3.2 单目一体化测量方案 PAGEREF _Tc3146884 \h 208 8.3.3 双目一体化测量方案 PAGEREF _Tc3146885 \h 210 8.4 反馈控制实现及系统构成 PAGEREF_Tc3146886 \h 211 8.4.1 反馈控制机制实现 PAGEREF _Tc3146887 \h 211 8.4.2 软硬件构成与功能设计 PAGEREF _Tc3146888 \h 212 8.5 系统实时及准确验 PAGEREF_Tc3146889 \h 215 第九章 TC4叶片再制造变形规律与控形措施 PAGEREF_Tc3146890 \h 219 9.1 TC4叶片成形过程形变规律 PAGEREF_Tc3146891 \h 219 9.1.1 成形过程形变规律 PAGEREF _Tc3146892 \h 219 9.1.2 降温过程形变规律 PAGEREF _Tc3146893 \h 222 9.1.3 各成形层形变历程对比 PAGEREF _Tc3146894 \h 2 .2 叶片成形形变数据采集与对比 PAGEREF _Tc3146895\h 224 9.2.1 维求测量原理 PAGEREF _Tc3146896 \h 224 9.2.2 叶片形变数据采集过程 PAGEREF _Tc3146897 \h 226 9.. 叶片再制造成形与数据对比 PAGEREF _Tc3146898 \h 228 9.3 薄壁叶片成形后形变规律 PAGEREF_Tc3146899 \h 229 9.3.1 薄壁叶片整体形变分析 PAGEREF _Tc3146900 \h 229 9.3.2 热影响区形变分析 PAGEREF _Tc3146901 \h 0 .3.3 垂直截面形变分析 PAGEREF _Tc3146902 \h 1 .3.4 热影响区马氏体相变验 PAGEREF _Tc3146903 \h 9.4 再制造成形形变控制措施 PAGEREF_Tc3146904 \h 5 第十章 TC4薄壁叶片脉冲激光再制造成形 PAGEREF_Tc3146905 \h 10.1 再制造控形工装夹具设计 PAGEREF_Tc3146906 \h 10.2 工艺规划与成形预测 PAGEREF_Tc3146907 \h 242 10.2.1再制造成形工艺规划 PAGEREF _Tc3146908 \h 242 10.2.2再制造成形过程形变预测 PAGEREF _Tc3146909 \h 244 10.3 叶片脉冲激光工艺再制造成形 PAGEREF_Tc3146910 \h 246 10.4 再制造后机加工精度 PAGEREF_Tc3146911 \h 249 结论 PAGEREF_Tc3146912 \h 251 创新点 PAGEREF_Tc3146913 \h 253 参考文献 PAGEREF_Tc3146914 \h 254

本书主要阐述叶片类部件激光再制造成形过程的形状与能的基本原理、工艺工程及主要控制方法，主要内容有：激光再制造基本原理；主要再制造系统与表征设备；脉冲激光工艺优越论；体积损伤再制造形状与能协同调控；基于控形理论的闭环控制设计与实现等。