鋁合金激光選區(qū)熔化過程仿真及工藝優(yōu)化

發(fā)布時(shí)間：2020-05-13 16:28

【摘要】：激光選區(qū)熔化技術(shù)(selective laser melting,SLM)成形鋁合金零件時(shí),由于高激光能量的輸入,造成了極高的溫度梯度,易于在零件成形過程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力,引起翹曲變形甚至開裂等成形缺陷。本文基于SLM成形機(jī)理,采用有限元仿真分析技術(shù),對鋁合金SLM成形過程進(jìn)行仿真,預(yù)測最終零件的變形量,為零件SLM成形工藝參數(shù)制定提供支持。論文主要工作如下:(1)運(yùn)用MSC.Marc軟件,建立鋁合金SLM過程仿真的三級固有應(yīng)變模型,包括對激光尺寸參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)的熱源模型,對固有應(yīng)變值進(jìn)行確定的局部模型,以及模擬試件SLM成形過程的結(jié)構(gòu)件模型。(2)通過三級模型的模擬仿真,采取370w的激光功率,1500mm/s的掃描速度,得到鋁合金零件的最終變形結(jié)果,并與相同工藝參數(shù)下的實(shí)驗(yàn)成形試件進(jìn)行變形對比,表明本文建立的三級模型及仿真過程正確。(3)采用變工藝參數(shù)進(jìn)行仿真,分別分析不同激光功率、激光掃描速度、掃描方向、支撐密度對成形件變形的影響,根據(jù)仿真結(jié)果所示的零件隨工藝參數(shù)變化的變形趨勢,結(jié)合致密度及力學(xué)性能要求等因素的考慮,給出了工藝參數(shù)的優(yōu)化方案。(4)將仿真模型所得結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,經(jīng)驗(yàn)證可得固有應(yīng)變有限元法所得仿真變形結(jié)果與實(shí)際成形件變形結(jié)果相一致,證明了固有應(yīng)變有限元法應(yīng)用于SLM變形預(yù)測的合理性。通過上述研究,表明本文提出的三級固有應(yīng)變模型對確定工藝參數(shù)及提供參考依據(jù)的科學(xué)性,可以作為工藝參數(shù)優(yōu)化的手段;另一方面也可證明三級固有應(yīng)變模型仿真結(jié)果可作為研究SLM變形趨勢的參考。同時(shí)用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,說明此種運(yùn)用MSC.Marc軟件和三級固有應(yīng)變有限元法簡單快速地得到SLM成形件變形結(jié)果的仿真方法可為制定工藝參數(shù)優(yōu)化方案提供依據(jù),具有一定研究和實(shí)用價(jià)值。
【圖文】：

原理圖,激光,選區(qū),原理圖

激光輻照將均勻鋪制的粉末熔化，基于離散－堆積理念，由單一熔道組成單層成形面，逡逑再逐層堆積，通過系統(tǒng)給出的軌跡信息控制單層成形面的形狀和掃描方式，進(jìn)而由下而逡逑上堆疊成形為復(fù)雜形狀的三維零件［１Ｇ］（如圖１．１）。逡逑光束，轉(zhuǎn)系統(tǒng)逡逑聚焦偏轉(zhuǎn)光束ｒ＾ｒＴｉ．逡逑ｍｍｍ￣N、逡逑金一心ｆｔ逡逑栜Ｉ」逡逑圖１．１激光選區(qū)熔化原理圖逡逑與激光選丨＾？溶化的前身ＳＬＳ邋（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋ｌａｓｅｒ邋ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ＳＬＳ）相比，ＳＬＭ米用高能逡逑激光束將金屬粉末直接熔化，使得ＳＬＭ成形件致密度高，孔隙度小，整體機(jī)械性能高逡逑于ＳＬＳ成形件，因此能直接應(yīng)用于實(shí)際工程，而ＳＬＳ成形件則由于機(jī)械性能欠佳，更逡逑適合用于模具制造和零件的設(shè)計(jì)研發(fā)逡逑在目前的ＳＬＭ領(lǐng)域，所選材料均以金屬材料為主，其中一般為易于成形，激光吸逡逑收率大的不銹鋼（３１６Ｌ，３０９Ｌ），工具鋼，鈦及鈦合金，鐵，鎳等，而鋁合金作為航空逡逑航天領(lǐng)域使用率很高的金屬，卻因其較高的導(dǎo)熱率以及對激光的較高反射率而很難進(jìn)行逡逑ＳＬＭ成形

原理圖,金屬粉末,選區(qū),激光