SLM成形薄壁件尺寸偏差预测与控制研究

目的 针对选区激光熔化成形薄壁件过程中存在的变形较大、精度低等问题,通过获得最优工艺参数区间来减小薄壁件的变形。方法 利用有限元软件分析薄壁件成形过程中温度场和应力场的演化规律;建立形变量预测模型并进行试验验证,研究工艺参数对薄壁件尺寸偏差的影响,得到激光功率、扫描速度与形变量之间的关系,实现对形变量的预测和控制。结果 随着扫描层数的增加,熔池的最高温度和热影响区也随之增大,等温线越密集,温度梯度越大,最终趋于稳定;薄壁件成形过程中,出现两侧壁边缘向内倾斜、上侧边缘出现内凹的现象,薄壁件的最大应力随层数的增加而减小,最大热应力主要分布在薄壁件底层的两端;形变量随激光功率的增大而增大,随扫描速度的增大而减小,薄壁件的形变量最小约为0.02 mm;试验验证所建立的数学模型误差在10%左右,误差较小,可以对形变量进行良好的预测和控制。结论 激光功率100~200 W、扫描速度800~1 000 mm/s为最优参数区间;降低能量密度可以有效降低薄壁件形变量,提高其精度。

40Cr轴面激光熔覆Ni60数值模拟

目的针对激光熔覆过程中熔池内部复杂的传热和对流现象,分析激光功率和扫描速度对熔池内部温度场、流场演变和分布的影响。方法采用双椭球热源模型,建立了40Cr轴面基体激光熔覆Ni60粉末过程的三维温度场流场数值模型,并进行试验验证。结果熔覆过程形成了近似椭球体的熔池,最高温度位于移动光斑中心偏后方,达到了2080.4 K;熔池内部金属流体形成了2个方向相反的旋流,熔池表面边缘受马兰戈尼对流的影响流速最大,达到了0.49 m/s。通过对比试验和模拟获得了熔覆层截面最高温度,最高温度最大相对误差为10.1%,数值模型具有较高的准确性。结论扫描速度对熔池存在时间和形状的影响要大于激光功率,激光功率对流场的影响大于扫描速度。研究结果为轴面激光熔覆成形提供相关理论依据。