机械制造毛坯的设计和制作方法(【技术】定制毛坯和拼凑毛坯的解决方案)

对于钣金零件和半成品，定制毛坯和拼凑毛坯是一种常见的解决方案。金属部件使用相同或不同材料的特定补丁进行加固，使用点焊和粘合方法将两者结合起来。这些方法有几个缺点，例如高腐蚀倾向，基材和贴片之间的粘合弱，设计自由度有限。

应对这些挑战的一种新方法是使用增材制造方法创建增强材料。这种方法用于使用激光束熔化，激光金属沉积或搅拌摩擦焊接来生产功能元件或局部增强。如图所示，它可以自由设计钢筋几何形状。

并导致基材和贴片之间的冶金结合。此外，还使用并验证了不同的材料，例如钛，铝和钢。此外，曲面的应用也是可能的。在这项工作中，这种方法应扩展到使用激光金属沉积的材料AA6016。应研究对硬化性能和微观组织以及机械性能的影响。

此外，应评估和定量测量评估此类增强毛坯的成形性和作为连接可能性的利用率的方法。特别是，将研究成形过程中对诱导减薄的反作用，这可以实现到局部增强。这将允许通过螺栓连接将此法兰用作连接点。

使用LMD制造的样品几何形状如图所示。本例所示的钢筋厚度在0.3到0.4mm之间，对应于单层相邻焊缝。可以通过将更多层相互焊接来制造较厚的增强材料。此外，还增加了一个带有6个孔且直径为6mm的圆，用于后期在成型过程中的固定。

然后在中心钻样品，为接下来的孔翻边操作获得不同的孔直径，这导致不同的孔膨胀比。扩孔比定义为在翻边加工之前形成的法兰直径与孔直径之间的比率。制备的样品经过孔法兰处理，并根据最终零件的几何形状进行分析。

在功能化之前，一些样品将进行热处理，以比较钢筋后和加固和硬化后直接零件的失效力。通过螺纹加工，零件可用作螺栓接头，并通过撕裂测试进行测试。在加固毛坯和热处理至钢筋坯料的T6状态后进行显微组织研究。

这样可以评估沉积的AA6016材料的淬透性，以及在LMD过程中是否改变该特性。此外，在进行成型后，对成型材料进行了另一次微观分析，以比较沉积的增强层中发生损伤的趋势。

为了确定增材制造工艺对增强毛坯机械性能的影响，制作了拉伸试样。这些试样是根据德国行业标准DIN50125制造的。大小为200的矩形补丁××25mm在毛坯上制造，与最终标本相比，该贴片的尺寸选择得更大，余量为10-15毫米，以确保可以切割斑块的外围区域，因为该区域的特性可能与斑块的其余部分相比有所不同。

这种变化是由激光喷嘴和机器人的动态运动以及激光的开/关引起的。然后使用铣削制造拉伸试样。通过该样品设计，使用ZWICKZ250万能试验机测定了钢筋坯料的拉伸试验性能。

为了深入了解拼凑毛坯的微观结构，使用光学显微镜对样品进行了研究。主要目的是检测加固部分的裂缝或气孔以及基材和添加材料的微观结构变化。使用合成树脂切割和嵌入样品，从而可以研究横截面。

在接下来的步骤中，将样品研磨并用不同粒度水平的砂纸抛光并使用LOM进行调查。此外，使用维氏硬度测试确定整个横截面的硬度值，测试力为0.3kp。硬度在加固过程后直接进行测试，也可以算是第一次热处理。在增强部件沉淀硬化后，使用相同的设置进行额外的硬度测试。

制备和预钻孔的样品使用常规工艺设置进行孔法兰化，其冲头形状为直径为10mm，样品的定向方式使冲头始终从非增强表面接触样品。

选择这种方法是为了防止由于加固区域的粗糙表面而导致冲头过度磨损，并在法兰的内表面上实现以下螺纹。成型过程以4000mm/min的恒定速度进行冲头向下运动。对于润滑，使用了制造商Raziol的标准润滑油CLFW-100。

模腔的直径为12.5毫米，形成1.25毫米的成型间隙。由于不同数量的钢筋层的钢筋坯料厚度范围为1.4至2.2mm，因此材料在成形间隙中被拉伸法兰，这影响了零件的几何形状。局部强化的样品是。添加剂分层过程中对试样的热影响导致轻微膨胀。样品的整体翘曲对后续成型操作的影响可以忽略不计。

然后通过螺纹对加固和成型的试样进行功能化。螺纹加工使用7/16UNF螺纹丝锥进行，与直径为10mm且壁厚在1至1.5mm之间的法兰孔相匹配。然后通过在螺栓上施加20mm/min冲头速度的向下力来测试样品，此测试的模腔增加到15mm，以防止法兰和模具接触，同时仍然直接将零件支撑在加强区域上。这确保了仅测试加固区域的功能。

传统坯料和增强样品的力学性能如图中的应力。第一个重要的观察结果是，材料在屈服强度方面的行为几乎不受LMD工艺的影响，即传统材料和增强材料的这种特性大致相同。该结果是在钢筋制造后直接获得的。