【摘要】：激光立體成形是在同步送粉激光表面熔覆和快速成型技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高性能金屬零件的數(shù)字化增材制造技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)致密金屬零件的直接制造、受損零件的高性能修復(fù)以及功能梯度材料的制備。激光立體成形技術(shù)因具有無(wú)模具、高柔性、快速響應(yīng)、成形件綜合性能優(yōu)異等一系列的技術(shù)優(yōu)勢(shì)而受到國(guó)內(nèi)外研究者的青睞,迅速成為材料加工領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),并且在航空航天、醫(yī)學(xué)植入體、船舶、機(jī)械、能源、動(dòng)力等領(lǐng)域展現(xiàn)出極為廣闊的應(yīng)用前景。本文針對(duì)激光立體成形過(guò)程中粉末顆粒與熔池氣液界面的交互作用進(jìn)行研究,通過(guò)建立粉末顆粒與氣液界面交互作用的有限元模型和相似物理過(guò)程的實(shí)驗(yàn)觀測(cè),重點(diǎn)研究不同粉末初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(初速度、入射角度)以及粉末不同表面性質(zhì)條件下,粉末顆粒通過(guò)氣液界面后運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的規(guī)律及機(jī)制,并依據(jù)交互作用規(guī)律和機(jī)制探討激光立體成形過(guò)程中的相關(guān)工藝性問(wèn)題。論文研究將為粉末送進(jìn)的優(yōu)化以及進(jìn)一步研究粉末顆粒在熔池內(nèi)部的熔化以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程奠定基礎(chǔ)。論文主要研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)論如下:1.基于粉末流與熔池交互過(guò)程分析,對(duì)激光立體成形過(guò)程中粉末顆粒與熔池氣液界面交互作用過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化,建立了單顆粉末顆粒與熔池交互過(guò)程的簡(jiǎn)化物理模型;在此基礎(chǔ)上,采用流體力學(xué)分析軟件Fluent建立粉末顆粒與氣液界面交互過(guò)程的數(shù)值模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末顆粒與氣液界面交互過(guò)程的模擬計(jì)算。2.建立了粉末顆粒與氣液界面交互過(guò)程的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)系統(tǒng),采用高速攝影技術(shù)觀測(cè)粉末顆粒突破透明液體氣液界面過(guò)程,用于驗(yàn)證粉末顆粒與熔池氣液界面交互作用模型的可靠性。以粉末顆粒入水過(guò)程為研究對(duì)象,對(duì)比有限元模型計(jì)算以及高速攝影拍攝的粉末顆粒入水前后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),結(jié)果表明模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了有限元模型的可靠性。3.以TC4粉末顆粒與熔池氣液界面交互作用過(guò)程為研究對(duì)象,采用建立的有限元數(shù)值模型研究粉末顆粒與熔池氣液界面交互過(guò)程的一般規(guī)律。結(jié)果表明,粉末顆粒在突破TC4熔池氣液界面的過(guò)程中,由于氣液界面的表面張力作用以及粉末顆粒與熔池液面之間的潤(rùn)濕性的影響,其運(yùn)動(dòng)速度先快速降低,后緩慢下降,顆粒運(yùn)動(dòng)速度呈現(xiàn)出非均勻下降的趨勢(shì);同時(shí),粉末顆粒對(duì)熔池液面產(chǎn)生作用,使得在熔池表面產(chǎn)生波動(dòng)區(qū),且TC4粉末顆粒以2.5m/s入射進(jìn)TC4熔池時(shí),波動(dòng)區(qū)的直徑為粉末顆粒自身直徑的2.5倍,該區(qū)域的液面產(chǎn)生了一定的速度變化,并且在顆粒進(jìn)入熔池過(guò)程中,會(huì)帶入部分氣體。4.基于Fluent模擬粉末過(guò)程以及高速攝影圖像分析,結(jié)合激光立體成形工藝性實(shí)驗(yàn),研究了粉末顆粒通過(guò)氣液界面后速度變化對(duì)沉積層表觀質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:粉末顆粒表面越光滑,初始速度越高,其穿過(guò)熔池氣液界面后的速度降低率越小,激光立體成形過(guò)程越不易形成表面粘粉;粉末顆粒表面越粗糙,初始速度越低,其穿過(guò)熔池氣液界面后的速度降低率越大,激光立體成形過(guò)程越容易形成表面粘粉。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG665

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2471637