面向表面成形质量的内置流道钛合金结构件SLM工艺优化研究

发布时间：2020-12-27 08:24

　　钛合金具有密度小、比强度高、比刚度高等特点,是工程轻量化设计的理想材料。内置流道钛合金结构可在材料轻量化的基础上进一步减小自重、降低能耗,但传统工艺加工内置流道钛合金结构件存在脱模难、缺陷多、精度低等问题。为此,本文针对内置流道钛合金结构件的选区激光熔化工艺（Selective laser melting,简称SLM）展开研究,分析钛合金粉末烧结机理及熔池行为,研究面向内置流道结构的扫描策略,基于工艺参数对流道精度和内表面成形质量的影响规律,优化了工艺参数,并提出了基于再扫描的成形质量持续提升策略。主要内容如下:（1）激光对粉末作用机理及熔池行为研究。分析激光作用于钛合金粉末过程中能量的变化,建立工艺参数与熔池特征之间的关系;研究加工过程中熔池行为对翘曲变形、悬垂面下垂等现象产生的影响,揭示熔池行为对流道不同内表面成形质量的作用机制,建立工艺参数-熔池行为-内表面成形质量之间的关系,选择对内表面成形质量影响显著的工艺参数并利用ANSYS仿真得出不同工艺参数对熔池温度的影响趋势。（2）面向内置流道结构件的扫描策略优化研究。分析扫描策略对表面成形质量的影响机制,明确适用于无流道结构层的扫描... 

【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

研究路线图

钛合金金属粉末在激光烧结过程中会相互接触,而金属颗粒在接触过程中会产生液桥。针对该液桥进行受力分析不难得出,其主要受颗粒间毛细力以及已熔化金属溶液在高熔点金属之间传播时产生的摩擦力的作用,其中毛细力的作用是促进金属颗粒进行同向或者异向运动。在毛细力与液桥曲面上的内外压强差共同作用下产生了拉普拉斯力(Laplace force)[112]。需要指出的是,关于粉末烧结的模型有很多,为了简化研究过程,本文中采用的是双球几何模型,如图2-1所示。高熔点金属颗粒在形成液桥时会处于一种不平衡状态,这时需要依靠毛细力的作用使其达到平衡状态以满足拉普拉斯方程。毛细力与高温金属颗粒之间产生的互相吸引或排斥的驱动力大小一致、方向相反,因此在这里需要定义X轴正向受力为正。由于液桥具有轴对称性,因此可以用拉普拉斯方程表示为:

收缩应力及样件弯曲示意图


本文编号：2941411