封存指导材料

答辩人：肖晓雨指导老师：姜胜强镍基高温合金粉末流动性测试及微波加热滚筒设计专业：机械设计制造及其自动化目录CONTENTSPART01选题背景BackgroundPART02实验测试ExperimentaltestPART03设计计算DesignCalculationPART04控制系统ControlSystemPART05设计总结TheSummary1选题背景课题背景国内外研究现状主要工作选题背景04选择性激光烧结（SLS）是一种基于增材制造原理的快速成形技术，通过逐层铺粉、逐层扫描烧结的方式来直接制造零件。SLS实现了零件的复杂化、整体化和轻量化制造，在航空航天、生物医学、装备制造工业、建筑、军事等领域都具有广阔的应用前景。课题背景选题背景05粉末材料0102030405高分子材料陶瓷金属材料医用生物材料液体材料粉体流动性的重要性铺粉工艺的优劣很大程度上决定了烧结件的精度。研究粉体的流动性能，优化铺粉参数，是改善SLS成形件性能的关键。06镍基高温合金粉末选题背景06国内外研究现状Zhang——通过有限元软件重点研究了激光扫描速度与能力对烧结厚度的影响规律，优化相关影响参数，以此获得高质量的成型烧结件Willams——利用数值模拟的方法，同时还分析了激光功率、扫描间距以及扫描线长度等对温度场的影响规律，进而研究其对成型件密度及强度的影响樊自田——采用试验研究的方法分析了扫描速度、烧结层厚度对烧结后试样的强度影响及试样烧结后覆膜砂性能的变化情况Berretta——颗粒形状比粒径分布对流动性的影响更大研究背景07粉体流动性测试粉体静态流动性粉体动态流动性试验平台设计要求（1）平台能模拟粉体的流动并观察。（2）滚筒直径100mm。（3）转速范围0-450r/min，调温范围：室温-150℃。对粉体的自身特征参数进行测量，以此评定粉体静平衡时的流动性能设计实验平台，模拟粉末在SLS成形铺粉工艺时的环境，测试粉末动态时的流动性能选题背景0801静态流动性测试通过实验对粉末的流动性表征参数进行测量，评价镍基高温合金粉末的粉体流动性02设计一个微波加热滚筒试验平台，测试镍基高温合金粉末在SLS成形环境中的粉体流动性能03控制系统用PLC设计控制系统，实现加热功率可调04三维建模使用CREO、CAD对滚筒试验台进行三维建模，并绘制二维工程图动态流动性测试2实验测试表征方法粒径分布参数测定实验测试10表征方法01休止角法02Hausner指数法03Jenike法04Carr指数法通常情况下只能通过宏观现象来描述粉体流动性，并用一些特征参数的组合来代表粉体的流动性能粉体流动性的表征方法实验测试11

镍基高温合金粉末粒径分布如图所示，镍基高温合金粉末的粒径主要分布在40-180微米的范围内，平均粒径为101.557微米

，粒径在100附近的粉末体积最大，主体呈正态分布，分布较集中。实验测试12

镍基高温合金粉末流动性参数的测定1、常温下休止角测量数据实验次数0°120°240°平均值休止角

128.530.127.829.30

29.1623030.128.929.67327.828.529.228.50根据休止角法的判定准则，镍基高温合金粉末的粉体流动性能良好实验测试13

镍基高温合金粉末流动性参数的测定2、常温下崩溃角测量数据实验次数0°120°240°平均值崩溃角

127.427.627.327.43

29.16226.928.426.227.17327.126.525.226.27实验次数前中后平均值平板角

振前振后振前振后振前振后

130.328.929.828.528.927.829.03

29.98230.926.131.227.931.928.129.35333.829.933.930.131.929.831.573、常温下平板角测量数据实验测试14

镍基高温合金粉末流动性参数的测定4、常温下振实密度、松装密度、压缩度测量数据5、常温下均一度测量数据压缩度：HR值：Carr指数：判断流体性能的综合指数实验测试15镍基高温合金粉末的Carr指数值参照Carr流动性指数表，Carr指数大于90，得出镍基高温合金粉末的流动性为优的结论实验测试16温度对镍基高温合金粉末粉体流动性的影响可以看出，温度对镍基高温合金粉末的流动性影响很小，此种粉末适用于SLS成形的铺粉环境3设计计算方案确定电机选型滚筒的设计同步带的设计键的设计轴的设计设计计算18已有产品的不足01电阻加热棒均匀分布在滚筒壁上，无法保证筒壁温度均匀。02电阻属于接触加热，导致滚筒壁上粉末与滚筒中心粉末加热不均匀。03无法实现加热档位可调，对温度控制不够精确。基于这些不足，本课题要求设计一款加热均匀、功率可控的滚筒实验平台。设计计算19设计方案如图所示：1、使用微波进行加热，能更好的使滚筒内的粉末受热均匀；2、设计氮气管道通入滚筒内部，并用透气膜保证粉末不从管道逸出，更大程度的使滚筒内部模拟铺粉环境；3、使用三菱PLC设计控制系统，使加热时有多功率档位选择，温度能更平稳的上升，保证温控精度。同步带传动4040国标工业铝型材机架设计计算20电机选型：滚筒的设计：1、滚筒的有效容积为2、左端面上有分布在上的三个直径为7mm的孔，用于螺钉连接滚筒轴3、滚筒需要进行微波加热，使用陶瓷作为筒体材料设计计算21同步带设计：1、确定设计功率2、确定同步带型号和节距选用L型同步带、节距3、选择小带轮齿数4、确定带轮节圆直径5、确定同步带节线长度6、计算同步带齿数7、传动中心距的计算设计计算22键的设计：8、确定同步带带宽9、验算额定功率小于设计功率，带的传动能力不够，加大带宽，取b=19.1mm。设计计算23

微波腔的设计滚动轴承与轴承座的选择加热体积为外壳上顶端两侧设计两个的圆柱孔用于安装线路外壳底部设计底座用于定位要求：滚筒轴中心到地面距离为60mm，滚筒轴的直径为40mm选择BF40滚珠丝杆支撑座，BE40支撑座自带一6008深沟球轴承设计计算24电机输出轴的设计电机输出轴的强度校核电机输出轴的刚度校核设计计算25滚筒轴的设计滚筒轴的螺纹孔设计传递T=3.8N/m的扭矩，初步设计三个螺钉连接，均与分布在直径为30mm的圆上设计计算26滚筒轴的强度、刚度校核端盖的设计机架的设计4控制系统控制理论控制方案控制元件控制程序控制系统2801电路中其他参数不变且保证磁控管能正常工作的情况下，高压电容值的大小和阳极电流大小几乎成正比例关系02高压电容并联时：03磁控管需要靠高压变压器、高压电容、高压二极管一起给磁控管提供稳定的匹配电源控制系统29控制系统设计方案由磁控管工作特性曲线可推得电容值为1.1时，微波功率为900w，选用0.2、0.4、0.5三个电容组成控制控制系统30温度测量使用非接触在线式红外测温仪探头，测量温度范围0~300℃，输出信号为4-20mA电路切断PLC控制元件主单元模拟量输入单元温度切断控制采用智能PID温控仪，输出继电器触点信号，用于当温度达到设定温度后电路的切断PWS6600型触摸屏案例对比315设计总结经济性分析性改进