【摘要】：薄壁金屬零件具有重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)約材料等特點(diǎn),工業(yè)生產(chǎn)制造中,廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。但是薄壁零件通常都是結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、剛度低、壁厚尺寸小,采用諸如銑削、車削、鑄造、鍛造、焊接等傳統(tǒng)工藝制造時容易發(fā)生形變,影響加工精度及質(zhì)量。選擇性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一種能夠直接成型致密度接近100%、機(jī)械性能優(yōu)異的金屬零件的激光制造技術(shù),可以加工傳統(tǒng)加工無法加工或者難以加工的復(fù)雜零件,因此采用SLM技術(shù)成型薄壁件非常有優(yōu)勢。但是目前針對SLM成型薄壁件多基于實(shí)驗(yàn)研究,對SLM成型薄壁件的溫度場,應(yīng)力場分布,以及薄壁成型與實(shí)體成型有何區(qū)別還研究不夠透徹。本文通過有限元數(shù)值模擬,首先針對薄壁零件的溫度場進(jìn)行了分析。在溫度場的研究中,主要分析了不同激光功率以及掃描速度對熔池尺寸的影響,并且對比了同樣工藝參數(shù)條件下薄壁加工的熔池尺寸與大面積實(shí)體加工的熔池尺寸,研究發(fā)現(xiàn)薄壁加工的熔池有更大的長寬比,因此更容易發(fā)生球化現(xiàn)象;還對比分析了薄壁與實(shí)體溫度場隨時間的變化,研究發(fā)現(xiàn)薄壁加工的降溫速度更慢,因此在分區(qū)掃描中的最佳掃描線長要大于實(shí)體加工。其次,在溫度場的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對薄壁零件的應(yīng)力演化及殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:薄壁加工的應(yīng)力主要集中在薄壁的兩側(cè)以及薄壁的頂部,其中兩側(cè)主要以Z方向應(yīng)力為主,頂部則主要以X方向應(yīng)力為主;并且在多道薄壁的成型過程中,分區(qū)掃描能有效降低薄壁零件的應(yīng)力。最后,在模擬研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了薄壁成型實(shí)驗(yàn)。通過測量薄壁厚度,與有限元結(jié)果進(jìn)行了對比,驗(yàn)證了有限元分析模型的正確性;觀測了薄壁的單道形貌,獲取了能加工連續(xù)穩(wěn)定薄壁單道的加工參數(shù);測量了不同分區(qū)長度的薄壁的變形,驗(yàn)證了分區(qū)掃描可以減小應(yīng)力,并且獲得了更優(yōu)的分區(qū)長度。
【圖文】：

2選擇性激光熔化作為一種新型加工技術(shù)，相較于傳統(tǒng)加工主要有以下優(yōu)勢[1-5 直接成型最終金屬零件，無需開模，省去了車銑刨磨等諸多中間過程，簡化了加工工藝流程。適合單件或小批量的快速生產(chǎn)。 可以成型傳統(tǒng)加工難以加工或者無法加工的形狀，比如隨形流道，多孔結(jié)構(gòu)（如圖 1.2）等內(nèi)部有復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的零件。而且加工時間幾乎不受形狀復(fù)雜度的影響，只與零件體積有關(guān)，大大提高了設(shè)計(jì)的自由度。 成型零件致密度接近 100%，力學(xué)性能優(yōu)于鑄件，一般與鍛件相當(dāng)。圖 1.1 SLM 加工原理圖Fig.1.1 Schematic of selective laser melting

選擇性激光熔化技術(shù)在航空航天，醫(yī)療，，模具等多個行業(yè)已應(yīng)用十分廣泛。美國“增材制造路線圖”把航空航天需求作為增材制造的第一大工業(yè)應(yīng)用目標(biāo)，目前已建立了美國增材制造創(chuàng)新研究所（NAMII），其成員包括波音、GE、霍尼韋爾、洛克希德 馬丁等美國著名航空航天企業(yè)。GE 公司對原來由二十多個零件組成的航空發(fā)動機(jī)燃油噴嘴采用SLM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一體化制造，重量減輕25%，壽命為原設(shè)計(jì)的 5 倍。德國 Fraunhofer 激光技術(shù)研究所與牙科設(shè)備公司 BEGO 展開合作，研究利用 SLM 技術(shù)制作牙冠和假牙，此外還考慮到用 SLM 技術(shù)制作人造骨等其它人造移植物。隨著 SLM 技術(shù)的逐漸成熟，現(xiàn)在已有多家成熟的 SLM設(shè)備制造商，主要有德國的EOS公司、MCP公司、SLM Solutions公司、Concept Laser公司、美國的 3D System 公司等，國內(nèi)也有華曙高科公司、西安鉑力特公司、蘇州西帝摩公司等從事 SLM 設(shè)備研發(fā)制造。圖 1.2 SLM 加工的零件Fig.1.2 Parts fabricated by SLM
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN24;TG665

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2675179