金属增材制造技术作为先进制造技术的一个重要发展方向,受到了制造业的广泛关注。主要从原理、特点、发展和实际应用方面,分别介绍基于激光、电子束以及电弧的金属增材制造技术,指出该技术现阶段存在的问题和未来研究方向。

针对短电弧铣削加工过程中出现的电弧响应速度慢、频繁短路、拉弧等与间隙放电特性有关的问题,采用对加工间隙进行放电波形采集、提取、分析以及对间隙放电状态进行分类的方法,进行间隙放电特性的研究。实验结果直观地反映了不同放电状态下间隙放电波形和加工效果的差异,为改善加工效果提供了参考。

为掌握短电弧铣削加工工艺规律,应尽可能控制其加工效果,实现高效率、低损耗的目的,基于系统的工艺试验研究,选择W-Cu、石墨作为工具电极,开展不同电极材料对工作介质注入、蚀除物抛出、电能利用率影响规律的短电弧铣削工艺试验,获取各工艺参数对MRR、TWR、表面形貌和金相组织等评价指标的影响规律,并进一步解释其规律成因,发挥短电弧高效加工硬质合金的优势。

为了探究直流短电弧铣削加工性能,分别以管状镀铜石墨为工具电极,45钢作为工件材料,分析电压、电极转速、加工深度对电极损耗率、材料去除率(MRR)和表面质量的影响规律。试验结果表明:增大电压可以有效提高MRR,但会降低工件表面质量;提高电极转速不仅能够改善工件表面质量,同时还能获得较高MRR;加大铣削深度能够大大提高MRR,但切深过大会使铣削变得困难,当铣削速度不能满足进给率时,会出现撞刀现象,工具电极断裂从而产生台阶面,严重影响工件表面成型质量。

短电弧铣削加工过程中,电参数对加工性能有着显著的影响,为了获得较好的工件表面质量、降低电极损耗以及提高加工效率,进行了电参数单因素实验研究,并对其进行分析。实验结果表明：相同加工条件下,随着占空比的增大,加工效率明显提升,但伴随着工件表面粗糙度值也相应变大;相对工具电极损耗与脉冲电压的变化息息相关,适当降低电压值可以减少电极损耗。

为了对短电弧加工镍基高温合金材料过程中的材料去除速度,表面质量和电极损耗等工艺目标进行综合评价,在新型数控短电弧铣床设备上对峰值电流、脉冲宽度、占空比和电压等可调工艺参数进行正交试验,并运用灰色理论进行试验数据的分析。将复杂多变的多工艺目标转换为单一评价指标,即灰关联度。该方法很大程度地简化了试验过程,最终得到最优工艺参数组合方案。试验结果表明：得到的参数组合能够在保证表面质量的前提下提高短电弧加工效率并降低电极损耗率。

本文介绍了极坐标运动轨迹控制在堆焊增材制造中的优势,研究了极坐标直线插补和圆弧插补算法,采用三次多项式拟合各轴的速度曲线,结合位置伺服解决了逐点比较法中的悬臂摆振问题,通过实验对比发现极坐标插补在堆焊快速成型方面与直角坐标插补效率相当,结合机械回转填充方式能避免传统直角坐标方式的插补计算带来的响应滞后.最后与极坐标逐点比较法进行对比测试,验证了成型控制软件的执行效率,发现当插补精度为0.04mm时,可获得较好的成型精度与响应时间.

以镍基合金GH4169为研究对象,开展了短电弧铣削过程的数值模拟研究。通过选用合适的高斯面热源、体热源以及热边界条件,建立了GH4169镍基合金短电弧加工温度场的数学模型,得到了短电弧铣削过程熔池形成、温度等值线及温度场分布规律。由温度等值线确定了短电弧放电通道与基体材料形成的3个区域（气化区、熔融凝固区、热影响区）。同时,在相同工艺参数下进行短电弧铣削工艺试验,利用红外热成像仪监测整个加工过程。通过FLIR R＆D Software处理热成像仪监测数据,并获取三节点的热循环曲线,其温度变化趋势与仿真结果吻合较好,由温度成像云图观测放电通道与基体形成的各区域范围与温度等值线基本吻合,验证了所建立模型的正确性,为短电弧铣削加工过程中去除特性、表面质量、微观形貌等基础问题提供理论依据。