钛合金激光直接成形过程中热力耦合场的数值模拟

为控制成形过程的热应力,根据有限元法中的生死单元技术,利用ANSYS参数化设计语言编程实现对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场和应力场的数值模拟,并对熔池与粉末、激光与粉末的相互作用进行能量补偿,更加准确地计算成形过程中温度场和应力场的动态变化,得到成形过程中模型温度场、温度梯度、热应力场和残余应力的分布规律。结果表明,成形件不同层上的各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,熔池区的温度梯度非常大,但其他方向不明显;瞬态热应力集中在温度梯度变化较大的区域,这与热应力形成的机理是一致的;通过对成形件中各方向的残余应力分析,从温度梯度的角度总结各方向残余应力变化规律,侧面验证残余应力的形成机理。通过相同工艺参数下的试验验证,证明上述分析与实际情况是基本吻合的。

金属零件的激光直接成形研究

着重介绍了金属零件激光直接成形的技术特点、系统组成及初步研究结果。采用激光来熔化同步供给的金属粉末 ,可实现复杂形状零件的直接制造 ,零件组织致密、细小均匀 。

金属激光直接成形最佳搭接率计算及试验验证

为了提高金属激光直接成形零件的表面平整度，建立了搭接率数学模型，对最佳搭接率进行了理论求解、结果表明，最佳搭接率不受成形件特征尺寸的影响，即无论其它工艺参数如何设定，采用33.3%的搭接率均能得到理想的表面平整度.为了对理论模型进行验证，利用单因素的试验方法进行了12组不同搭接率试验，在显微镜下测量得到不同搭接率对于成形件表面平整度的影响.试验结果充分说明了理论模型的正确性，并发现搭接率在30%-45%时，成形件表面平整度均较为理想，因此在实际的金属激光直接成形过程中，可以根据具体的加工情况在该范围内灵活设定搭接率.

SiC颗粒掺杂对激光直接成形Al_2O_3陶瓷裂纹敏感性的影响

为抑制激光直接成形Al2O3陶瓷过程中的裂纹,利用SiC未熔颗粒的增韧原理,在Ti-6Al-4V合金基底上进行添加SiC颗粒的Al2O3同轴送粉激光直接成形实验,分析了激光直接成形Al2O3+SiC复相陶瓷的可行性以及成形件裂纹敏感性的影响因素。利用光学显微镜观察薄壁成形试样的裂纹扩展、显微组织和两相结合情况,并使用X射线衍射仪(XRD)进行相分析。结果表明:SiC颗粒可在激光直接成形Al2O3+SiC陶瓷中起到抑制裂纹的作用,并可形成各成分结合良好,无明显化学反应,含有较完整SiC未熔颗粒的复相陶瓷材料。单因素实验显示:SiC比例f、激光功率P、扫描速度v和送粉率n对裂纹敏感性均有显著影响,最后采用工艺参数:f=10%(重量百分比)、P=186W、v=300mm/min及n=1.78g/min成形了裂纹敏感性低,无明显缺陷的长×高×厚约为17mm×6mm×2mm的薄壁件。

激光金属直接成形中形貌自稳定效应的研究

为了在开环控制条件下直接制备出表面平整的薄壁零件,针对同轴送粉条件下粉末离焦对单道熔覆层厚度的影响,建立了理论模型,分析了成形表面出现的凹凸不平现象,对激光离焦和粉末离焦对单道熔覆层形貌的影响进行了实验研究.研究表明,激光离焦主要影响单道熔覆层的宽度,而粉末离焦主要影响单道熔覆层的厚度.在粉末负离焦条件下,激光金属直接成形过程具有形貌自稳定效应,能消除成形层的凹凸现象,从而制造出成形表面平整的薄壁零件样件.由于计算结果与实验结果的趋势能保持一致,形貌自稳定效应能够提高开环系统下薄壁零件的制造精度,因此具有实际的应用价值.

等离子熔积直接成形高温合金件组织结构研究

采用多种分析工具对等离子熔积直接成形高温合金件的微观组织和相组成进行了深入研究.光学显微镜和扫描电镜结果显示等离子熔积直接成形高温合金工艺具有快速凝固特性,其微观组织比真空铸造件细小且致密,熔积层无分层、气孔、夹杂等缺陷;电子探针测试表明熔积层成分比真空铸造件明显均匀、偏析小;利用X射线衍射分析了高温合金件在真空铸造和熔积前后的物相,结果表明,合金的主要强化相均为γ/γ′,熔积层残余应力较真空铸造件大.等离子熔积直接成形组织结构能够满足高温合金零件的要求,优于现有的真空铸造工艺,具有良好的实用价值.

孔径对回转水纺丝法直接成形细丝的影响

回转水纺丝法直接成形细丝是一种有效地制备圆形断面连续合金细丝的新方法。孔径是其重要工艺参数之一。对于不同种类的合金，其影响效果不同。随着孔径尺寸的增大，对Ｐｂ－Ｓｎ合金，其成丝性变差，而于Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ合金，其影响却较小。

等离子沉积直接成形传热传质与晶粒生长多尺度数值模拟

运用有限容积法(FVM)对等离子沉积直接成形(PDM)过程中的沉积层温度场、熔池液相流动场进行了数值模拟.采用水平集方法追踪液/气界面演变过程,采用焓孔隙率法处理固/液相变过程,并采用Monte Carlo(MC)方法模拟沉积温度载荷作用下成形件热影响区(HAZ)组织的晶粒长大过程.基于所提出的FVM-MC法耦合的宏/微观统一模型模拟了镍基高温合金K163薄壁零件PDM过程中沉积层HAZ晶粒的生长过程,预测了在重复热冲击作用下热影响区晶粒长大与转变过程.模拟结果表明,热冲击频率与温度幅值直接决定热成形件的组织形态;热扫描速度影响熔池液相流动与温度场分布,从而间接决定了成形件的最终晶粒尺寸与分布.随着热扫描速度的增加,成形件晶粒趋于细化.在保证粉末充分熔融条件下,提高热扫描速度可以细化HAZ的晶粒尺寸.

金属件激光直接成形中截面轮廓线的生成算法研究

截面线计算与扫描路径选择是激光直接成形工艺的重要控制环节。鉴于三角形拟合面与切平面的位置关系 ,提出了一种基于指针数组数据结构的截面轮廓线生成算法 ,通过Delphi语言中Tlist结构实现了分层处理后的内外轮廓自动识别 ,实际应用表明该算法快速、准确 。

激光熔覆直接成形金属铸造模具的探讨

探讨激光熔覆金属粉末快速原型技术直接制造铸造用金属模具的问题。文章介绍了这种技术的特点 :快速直接制造金属原型 ,其制件的结构、形状和功能特性都能符合最终用途 ,可大大缩短产品的开发周期。通过分析砂型金属模具、金属型、压铸型、石蜡模母模和消失模母模等铸造模具的结构特征和在制造上的要求 ,说明了激光熔覆金属粉末快速原型技术适用于这些铸造模具的制造 ;指出了在应用中需要进一步轻量化、低耗化 ,并分别提出了可行的对策。随着各种相关技术的发展及其综合、集成度的提高 ,激光熔覆金属粉末制造铸造模具的轻量化、低耗化将逐步实现 。

汽车仪表板梁直接成形和分步成形的比较分析

在简要介绍液压成形技术在国内外的现状及仪表板梁的工艺特点之后,设计了仿真试验并建立了直接成形和分步成形的有限元模型。针对成形与回弹的不同特点,分别采用动态显示算法与静态隐式算法进行了仿真分析,分析了两种加工工艺对成形结果的管坯壁厚、回弹量和最终残余应力的影响,并与试验结果进行了比较,为仪表板梁液压成形工艺方案的设计、工艺参数的制定,以及模具的设计提供理论参考。

热积累对激光直接成形Ti-6Al-4V组织和性能的影响

为了研究激光直接成形Ti-6Al-4V中热积累效应对其微观组织和力学性能的影响,采用对比试验的方法,制备了直径分别为5mm和10mm的两个圆柱试样及两组对比拉伸试样。直径为5mm的试样成形时热积累效应明显,底部和顶部的β晶粒内部以马氏体α'组织为主,中部的β晶粒内部以针状α组织为主;直径为10mm的试样热积累效较弱,自底部至顶部均以马氏体α'组织为主。热积累效应强烈的一组拉伸试样拉伸强度略低于热积累效应不明显的一组试样,但塑性约为其3倍。结果表明,激光直接成形Ti-6Al-4V时强烈的热积累效应会降低冷却速率,使微观组织从马氏体α'组织转变为针状α组织,从而使其拉伸强度稍有降低,但塑性提高很多。

激光不同的波形对金属直接成形精度的影响

针对激光金属直接成形工艺中的小特征尺寸制造问题,采用数值模拟和工艺实验相结合的方法,研究了激光波形对激光金属直接成形精度的影响。研究结果表明,与连续波相比,方波和正弦波加载时具有较快的加热和冷却速度,尤其是方波,能使熔池中心具有很大的温度梯度,在平均输出功率相同的条件下,方波和正弦波能够使熔池中心达到更高的温度。同样的激光熔覆,利用方波只需要较小的平均输出功率,不但减小了热量输入,同时也减小了激光加工过程中的热影响区域。薄壁零件成形优化过程中,利用方波加载能获得最小特征尺寸的薄壁,达到提高零件成形精度的目的。

金属粉末激光直接成形的温度场和应力场模拟研究进展

金属粉末激光直接成形技术是一种新型的粉末净近成形方法,能够加工传统方法难以加工的复杂金属零件。由于加工中温度的剧烈变化易引起热应力和残余应力,导致成形件存在翘曲、开裂等缺陷,建立加工过程的温度场应力场模型对进行工艺参数优化与设计尤为必要。总结了金属粉末激光直接成形技术温度场和应力场模拟研究进展,并探讨了这一技术数值模拟的发展方向。

基于量纲分析的激光直接成形残余应力控制

激光直接成形中,几何参数、材料属性和工艺参数等众多参量均会对残余应力造成影响,需要进行系统分析,采用量纲分析的方法,分别提取表征几何、传热和变形的3类关键无量纲参数,并结合三维瞬态有限元分析模型来研究这些无量纲参数对热致残余应力的影响规律,研究表明,选用热膨胀系数、屈服应力较小的材料,残余应力会较小;工艺控制中,可通过降低热散失、增大激光功率和提升预热温度来减小残余应力,其中预热的效果最好。

铁粉激光直接成形温度场数值模拟

建立了激光直接成形三维温度场有限元模型,该模型考虑到了材料热物性参数随温度变化以及相变潜热。采用ANSYS有限元软件对铁粉的激光直接成形过程的三维瞬态温度场进行了数值模拟。模拟结果表明:热影响区的等温线形状呈现前密后疏;由于热积累效应,第二层的温度值要高于与第一层相同位置的温度值;随着激光功率增大,热流密度不断增加,熔池的温度越来越高,熔池尺寸也越来越大,导致液相存在时间过长从而加剧球化现象。

GH3625合金激光直接成形工艺

为了研究工艺参数对金属激光直接成形零件质量的影响,通过正交试验的方法对单道单层GH3625合金激光直接成形工艺进行了研究,主要探究了激光功率、扫描速度、送粉速度等参数对单道单层成形截面宽度和高度的影响规律,提出预测模型并做了验证。结果表明,在单道单层成形中,激光功率、送粉速度、扫描速度等工艺参数对单道宽度和高度具有不同程度的影响,其中,对于单道成形宽度和高度来讲,扫描速度对其影响最为明显。试验验证结果表明借助Minitab软件得到的线性回归模型是有效的。

激光直接成形高温合金成形精度研究

选用GH163高温合金粉末进行了多种几何形体的激光直接成形试验,试验结果表明:理论成形轮廓和实际成形轮廓之间的偏差会造成成形角度误差,分析了产生误差的原因并提出了解决方案,获得了具有良好的外形和尺寸精度的薄壁中空复杂几何形体。

等成分轮廓线的FGM零件直接成形路径规划方法

提出了一种新的基于层片数据的等成分轮廓线/面的FGM实体模型与成形路径规划方法。将材料信息与零件几何模型分层后得到的层片文件相关联,之后在层片内将连续材料分布离散成等成分轮廓线/面,以等成分轮廓线/面为单元进行路径规划,较现有方法简便、效率高,用于FGM火车车轮等离子熔积直接成形的路径规划。

PCB板激光直接成形温度场计算机软件模拟研究

激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理,可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。PCB译为印制电路板,又称印刷电路板、印刷线路板,是重要的电子部件、电子元器件的支撑体、电子元器件电气连接的载体。激光加工PCB板时,激光照射材料表面,材料吸收热量至发生强烈相变,由固态到液态再到气态,热能增加,使金属蒸汽携带着液相材料以较高压力从液相底部猛烈喷出,火花溅射。加热停止,液态金属重新凝固,在材料表面形成再熔层,并利用ANSYS软件实现激光热源的模拟移动加载。最后通过后处理,给出了激光温度场的动态变化图。