增材减材制造(Additive/Subtractive Hybrid Manufacturing, A/SHM)结合了增材和减材两种工艺，既可以通过控制增材工艺参数成形复杂的几何结构并对零件晶粒组织进行一定调控，又可以通过减材工艺保证零件的精度和表面质量，适用于制造复杂几何特征的零件，在航空、航天、汽车等领域有广泛的应用前景。本项目针对激光增材制造工艺中存在缺陷的问题，研究了成形件内部缺陷产生规律，利用多元线性回归方法建立了孔隙度与工艺参数之间的关系模型，其相关系数达93.04%，并开发了增材制造缺陷数据库管理系统。提出耦合粉末尺度下的铺粉模型、中尺度下的温度场模型和粉末尺度下的熔池流体力学模型的多尺度建模方法，研究了不同粗糙度底面导致的熔道形貌和熔池流动行为，结果显示增材表面粉末更密实，但其润湿性更差，更易产生球化效应。建立了FEM-CA-MC模型，成功模拟出增材制造过程中重熔和固态晶粒粗化现象，基于该机理和模型预测结果设计了晶粒组织调控工艺实验，可以实现对单道多层LENS增材工件晶粒形态及尺寸一定程度的调控。本项目提出了将涡流检测(Eddy Current Detection, ECD)与A/SHM工艺相结合的制造及缺陷检测方法，确定了最佳激励频率为100kHz，随着增材余温的增加，信号电抗值近线性增加，且随着缺陷尺寸的增加ECD信号强度增加，证实了利用涡流进行缺陷检测的可行性。针对实际铣削过程中出现的刀具磨损形貌，建立了基于磨粒、粘结、扩散磨损机理及热力耦合作用的正反馈Simulink仿真模型，对铣刀后刀面磨损带长度进行了定量预测，整体预测误差在22%以下。A/SHM工件残余应力是增材和减材工艺共同作用的结果, 初始增材残余应力在近表面深度范围均为拉应力，侧铣主要受后刀面犁耕作用影响，在加工表面引入压应力；随着径向切深的增加，铣削残余压应力逐渐增加，当铣削引入残余压应力足够大时，可以将A/SHM工件表面整体残余应力转变为压应力。本项目结合实验与仿真研究了增材过程中缺陷产生的原因，并集成涡流检测技术到A/SHM工艺中，将缺陷检测与去除结合起来，为增材制造获得高精度，高质量的工件提供理论指导。 2100433B