选区激光熔化AlSi10Mg成形过程数值模拟与实验研究
发布时间：2020-12-18 16:55
选区激光熔化技术（SLM）作为最重要的金属增材制造技术之一,由于能够快速将复杂结构的三维数据模型直接制造成实体零部件,目前已经得到广泛关注和大量研究。AlSi10Mg具有密度低、比强度高、导电导热性能优异以及良好的铸造性能和焊接性能等一系列优点,被广泛应用于汽车、航空航天等领域。但是AlSi10Mg在SLM成形过程中,材料的快速熔化和凝固容易造成熔池不稳定,从而致使零件产生孔隙、裂纹、翘曲变形等缺陷。针对以上问题,本文利用模拟的方法对SLM成形过程中熔池的温度场和应力场进行模拟,通过优化工艺消除缺陷,并进行实验验证。具体工作如下:利用ANSYS参数化设计语言（APDL）建立SLM成形AlSi10Mg的有限元模型,模型为三层五道,充分考虑了材料热物性参数随温度的变化、相变潜热、材料属性转化、铺粉时间、对流和辐射等情况。基于SLM成形AlSi10Mg的有限元模型,研究不同曝光时间（ET）和点间距（PD）对SLM成形AlSi10Mg热行为的影响。研究发现:随着ET的增加和PD的降低,熔池的最高温度、液相时间和熔池尺寸增加,冷却速度降低,PD对液相时间和冷却速度的影响更为显著。基于温度场的计算...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
1.1 选区激光熔化（SLM）增材制造技术
1.1.1 增材制造技术应用
1.1.2 SLM技术原理
1.1.3 SLM技术发展现状
1.2 铝合金SLM成形研究现状
1.3 SLM过程数值模拟研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 选题背景及意义
1.5 本课题主要研究内容及技术方案
2.SLM过程有限元分析
2.1 SLM成形AlSi10Mg有限元模型建立
2.1.1 温度场模拟的基本理论
2.1.2 应力场模拟的基本理论
2.1.3 SLM成形有限元模型建立
2.2 有限元模拟的关键技术
2.2.1 材料热物性参数
2.2.2 相变潜热的处理
2.2.3 生死单元技术
2.2.4 高斯热源的加载
2.2.5 材料属性的转换
2.3 本章小结
3.SLM成形温度场模拟结果与分析
3.1 温度场分布特征
3.2 曝光时间和点间距对SLM热行为的影响
3.3 曝光时间和点间距对熔池尺寸的影响
3.4 本章小结
4.SLM成形应力场模拟结果与分析
4.1 模型设置
4.2 应力场分布特征
4.3 热应力演变规律
4.4 曝光时间和点间距对残余应力的影响
4.5 本章小结
5.SLM成形Al Si10Mg实验研究
5.1 实验设置
5.1.1 粉末与装备
5.1.2 工艺设置
5.1.3 实验检测与表征
5.2 表面形貌与粗糙度
5.3 熔池尺寸验证
5.4 熔池形貌与缺陷
5.5 致密度与显微硬度
5.6 本章小结
6.结论与展望
6.1 研究结论
6.2 主要创新
6.3 展望
参考文献
攻读硕士期间所取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]选区激光熔化成形AlSi10Mg孔隙的产生与降低[J]. 李保强,李忠华,刘斌,蒯泽宙,梁敏洁. 应用激光. 2018(05)
[2]3D打印技术在医疗领域的应用价值与展望[J]. 赵庆红,郭俊卿,高琰,高宁,王荣杰. 机械设计与制造工程. 2018(06)
[3]3D打印在航空航天领域的六大切入点[J]. 王晓燕. 世界制造技术与装备市场. 2018(01)
[4]3D打印技术在航天制造中的应用[J]. 肖升利. 科技创新导报. 2018(04)
[5]基于3D打印技术的随形冷却塑料模具制造技术[J]. 王金宏. 模具制造. 2018(01)
[6]3D打印技术在汽车制造与维修领域应用探究[J]. 李飞. 科学中国人. 2017(05)
[7]3D打印蜡模技术在复杂薄壁铸件石膏型真空增压生产中的应用[J]. 孙宁,侯蔚,宋彬,徐宏,张红昌,及晓阳,李雨,夏建强. 金属加工(热加工). 2016(23)
[8]3D打印技术研究现状及技术探究[J]. 胡嵩晗,胡媛茜,李根,任学晖. 科技展望. 2016(25)
[9]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[10]生物3D打印在医学中的应用[J]. 朱信心,周爱梅,杨柳青,石汉平. 肿瘤代谢与营养电子杂志. 2016(02)
博士论文
[1]激光选区熔化微尺度熔池特性与凝固微观组织[D]. 周鑫.清华大学 2016
[2]Al-Si合金的选择性激光熔化工艺参数与性能研究[D]. 王小军.中国地质大学（北京） 2014
[3]粉末激光快速成形与等静压复合过程工艺与数值模拟研究[D]. 杜艳迎.华中科技大学 2011
[4]金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D]. 李瑞迪.华中科技大学 2010
[5]选择性激光熔化快速成形关键技术研究[D]. 章文献.华中科技大学 2008
[6]多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测[D]. 沈显峰.四川大学 2005
硕士论文
[1]单分散液滴逐滴雾化制备球形粉末工艺研究[D]. 白兆丰.大连理工大学 2018
[2]镀铝石墨烯/铝基复合粉末制备及其选择性激光熔化成形[D]. 谭乐.中北大学 2018
[3]选择性激光熔融工艺参数的研究[D]. 许宁.合肥工业大学 2018
[4]激光增材制造梯度界面Ni基复合材料成形机制及性能研究[D]. 荣婷.南京航空航天大学 2018
[5]激光选区熔化成形GH4169高温合金的残余应力研究[D]. 廖英岚.华中科技大学 2017
[6]复合材料蜂窝单元结构制备工艺及其力学性能研究[D]. 彭博.哈尔滨工业大学 2016
[7]Inconel 718合金选区激光熔化温度场及微熔池传热研究[D]. 王佳琛.哈尔滨工业大学 2016
[8]新型选区激光熔化设备开发与工艺研究[D]. 王兵.湖南大学 2016
[9]基于选择性激光熔化技术的有限元分析和扫描路径优化[D]. 徐仁俊.重庆大学 2016
[10]选区激光熔化纳米TiC增强Al基复合材料数值模拟及实验研究[D]. 袁鹏鹏.南京航空航天大学 2016
本文编号：2924304
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
1.1 选区激光熔化（SLM）增材制造技术
1.1.1 增材制造技术应用
1.1.2 SLM技术原理
1.1.3 SLM技术发展现状
1.2 铝合金SLM成形研究现状
1.3 SLM过程数值模拟研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 选题背景及意义
1.5 本课题主要研究内容及技术方案
2.SLM过程有限元分析
2.1 SLM成形AlSi10Mg有限元模型建立
2.1.1 温度场模拟的基本理论
2.1.2 应力场模拟的基本理论
2.1.3 SLM成形有限元模型建立
2.2 有限元模拟的关键技术
2.2.1 材料热物性参数
2.2.2 相变潜热的处理
2.2.3 生死单元技术
2.2.4 高斯热源的加载
2.2.5 材料属性的转换
2.3 本章小结
3.SLM成形温度场模拟结果与分析
3.1 温度场分布特征
3.2 曝光时间和点间距对SLM热行为的影响
3.3 曝光时间和点间距对熔池尺寸的影响
3.4 本章小结
4.SLM成形应力场模拟结果与分析
4.1 模型设置
4.2 应力场分布特征
4.3 热应力演变规律
4.4 曝光时间和点间距对残余应力的影响
4.5 本章小结
5.SLM成形Al Si10Mg实验研究
5.1 实验设置
5.1.1 粉末与装备
5.1.2 工艺设置
5.1.3 实验检测与表征
5.2 表面形貌与粗糙度
5.3 熔池尺寸验证
5.4 熔池形貌与缺陷
5.5 致密度与显微硬度
5.6 本章小结
6.结论与展望
6.1 研究结论
6.2 主要创新
6.3 展望
参考文献
攻读硕士期间所取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]选区激光熔化成形AlSi10Mg孔隙的产生与降低[J]. 李保强,李忠华,刘斌,蒯泽宙,梁敏洁. 应用激光. 2018(05)
[2]3D打印技术在医疗领域的应用价值与展望[J]. 赵庆红,郭俊卿,高琰,高宁,王荣杰. 机械设计与制造工程. 2018(06)
[3]3D打印在航空航天领域的六大切入点[J]. 王晓燕. 世界制造技术与装备市场. 2018(01)
[4]3D打印技术在航天制造中的应用[J]. 肖升利. 科技创新导报. 2018(04)
[5]基于3D打印技术的随形冷却塑料模具制造技术[J]. 王金宏. 模具制造. 2018(01)
[6]3D打印技术在汽车制造与维修领域应用探究[J]. 李飞. 科学中国人. 2017(05)
[7]3D打印蜡模技术在复杂薄壁铸件石膏型真空增压生产中的应用[J]. 孙宁,侯蔚,宋彬,徐宏,张红昌,及晓阳,李雨,夏建强. 金属加工(热加工). 2016(23)
[8]3D打印技术研究现状及技术探究[J]. 胡嵩晗,胡媛茜,李根,任学晖. 科技展望. 2016(25)
[9]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[10]生物3D打印在医学中的应用[J]. 朱信心,周爱梅,杨柳青,石汉平. 肿瘤代谢与营养电子杂志. 2016(02)
博士论文
[1]激光选区熔化微尺度熔池特性与凝固微观组织[D]. 周鑫.清华大学 2016
[2]Al-Si合金的选择性激光熔化工艺参数与性能研究[D]. 王小军.中国地质大学（北京） 2014
[3]粉末激光快速成形与等静压复合过程工艺与数值模拟研究[D]. 杜艳迎.华中科技大学 2011
[4]金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D]. 李瑞迪.华中科技大学 2010
[5]选择性激光熔化快速成形关键技术研究[D]. 章文献.华中科技大学 2008
[6]多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测[D]. 沈显峰.四川大学 2005
硕士论文
[1]单分散液滴逐滴雾化制备球形粉末工艺研究[D]. 白兆丰.大连理工大学 2018
[2]镀铝石墨烯/铝基复合粉末制备及其选择性激光熔化成形[D]. 谭乐.中北大学 2018
[3]选择性激光熔融工艺参数的研究[D]. 许宁.合肥工业大学 2018
[4]激光增材制造梯度界面Ni基复合材料成形机制及性能研究[D]. 荣婷.南京航空航天大学 2018
[5]激光选区熔化成形GH4169高温合金的残余应力研究[D]. 廖英岚.华中科技大学 2017
[6]复合材料蜂窝单元结构制备工艺及其力学性能研究[D]. 彭博.哈尔滨工业大学 2016
[7]Inconel 718合金选区激光熔化温度场及微熔池传热研究[D]. 王佳琛.哈尔滨工业大学 2016
[8]新型选区激光熔化设备开发与工艺研究[D]. 王兵.湖南大学 2016
[9]基于选择性激光熔化技术的有限元分析和扫描路径优化[D]. 徐仁俊.重庆大学 2016
[10]选区激光熔化纳米TiC增强Al基复合材料数值模拟及实验研究[D]. 袁鹏鹏.南京航空航天大学 2016
本文编号：2924304
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2924304.html
