激光选区熔化成形悬垂结构过程仿真及工艺研究

发布时间：2022-10-11 19:00

　　在使用激光选区熔化技术成形悬垂结构区域时极易产生表面质量差,边缘翘曲变形等严重缺陷。本文针对激光选区熔化成形悬垂结构特征进行仿真分析及工艺研究,通过理论分析,有限元数值模拟与实验验证相结合的方法探寻激光功率、扫描速度等工艺参数对悬垂结构成形特征的影响。对激光在半无限大平面上运动的温度分布函数关系式进行必要的拟合,得出关键加工参数与熔池中心温度的关系式,经计算后得出以下推论:扫描速度大小在2.1a√6)附近时,熔池中心温度对扫描速度与激光功率的敏感性适中,且具有更优的能量利用率,线能量密度可以很好的反映熔池中心温度变化规律。而当扫描速度大小与2.1a√6)相差较大时线能量密度与熔池中心温度变化规律差异较大,在使用线能量密度衡量试验件成形质量时有一定局限性;加工不同材料所需激光功率大小与材料熔点和导热系数成正比,与材料对能量的吸收率成反比。对激光选区熔化成形悬垂结构过程进行有限元数值模拟,观察加工过程中温度场与应力场分布情况及变化规律。研究发现:在激光选区熔化成形悬垂结构过程中,激光扫描悬垂位置时熔池温度值明显高于激光扫描打印件中心位置时熔池温度,成形件与基板接触的边角位置具有最大的残余应... 

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 激光选区熔化成形特点及应用
        1.1.1 激光选区熔化原理
        1.1.2 激光选区熔化的应用
        1.1.3 激光选区熔化技术发展现状
    1.2 激光选区熔化成形悬垂结构
        1.2.1 典型悬垂结构
        1.2.2 悬垂结构成形难点
        1.2.3 悬垂结构成形研究进展
    1.3 本课题研究意义及主要内容
        1.3.1 课题主要研究内容
        1.3.2 课题结构安排
        1.3.3 课题研究意义
第二章 悬垂结构成形特点与常见缺陷分析
    2.1 悬垂结构类型与特点
        2.1.1 悬垂结构类型
        2.1.2 激光选区熔化参数介绍
        2.1.3 悬垂结构相关参数
    2.2 激光选区熔化成形悬垂结构缺陷分析
        2.2.1 表面质量
        2.2.2 应力与裂纹
        2.2.3 零件变形
    2.3 本章小结
第三章 激光选区熔化成形过程温度数值分析
    3.1 激光选区熔化成形温度数学模型
        3.1.1 瞬时点热源温度模型
        3.1.2 移动高斯热源温度模型
    3.2 各参数与温度分布的关系
        3.2.1 激光功率与温度分布关系
        3.2.2 扫描速度与温度分布关系
        3.2.3 材料参数与温度分布关系
    3.3 各参数与悬垂结构成形质量的关系
    3.4 本章小结
第四章 激光选区熔化成形悬垂结构过程模拟分析
    4.1 建立数学模型
        4.1.1 初始条件与边界条件
        4.1.2 材料属性
        4.1.3 热源模型
    4.2 激光选区熔化成形悬垂结构温度场分析
        4.2.1 熔池结构特征
        4.2.2 温度分布特征
        4.2.3 工艺参数对温度场的影响
    4.3 激光选区熔化成形悬垂结构应力场分析
        4.3.1 应力分布特征
        4.3.2 打印过程应力变化规律
    4.4 激光选区熔化成形悬垂结构变形分析
        4.4.1 变形分布特征
        4.4.2 工艺参数对变形的影响
    4.5 本章小结
第五章 激光选区熔化成形悬垂结构试验分析
    5.1 实验材料与方法
        5.1.1 成形设备
        5.1.2 材料选择
        5.1.3 工艺参数与实验设计
        5.1.4 检测方法
    5.2 悬垂结构成形特点
        5.2.1 显微组织
        5.2.2 孔隙分布
        5.2.3 表面质量
        5.2.4 翘曲变形
    5.3 悬垂结构工艺参数与成形质量
        5.3.1 能量输入密度对质量的影响
        5.3.2 速度、功率对质量的影响
        5.3.3 摆放方式对成形质量的影响
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]激光选区熔化成形铝合金的组织、性能与倾斜面成形质量[J]. 朱小刚,孙靖,王联凤,程灵钰,文珊珊,杨洋.  机械工程材料. 2017(02)
[2]金属粉末选区激光熔化球化现象研究[J]. 张格,王建宏,张浩.  铸造技术. 2017(02)
[3]激光增材制造技术常用金属材料激光吸收率测量[J]. 严深平,张安峰,梁少端,王潭.  航空制造技术. 2017(17)
[4]AlSi10Mg激光选区熔化成形工艺参数对致密度的影响与优化[J]. 邹亚桐,魏正英,杜军,陈祯,李俊峰,何宇洋.  应用激光. 2016(06)
[5]激光选区熔化成形悬垂结构熔池行为试验分析[J]. 刘婷婷,张长东,廖文和,张凯,吴根丽.  中国激光. 2016(12)
[6]激光选区熔化成形TC4钛合金表面粘粉及残余应力研究[J]. 梁晓康,陈济轮,严振宇,侯谊飞,黄超,何京文.  电加工与模具. 2016(05)
[7]铁基材料熔池温度场计算及对送粉速度的影响[J]. 程皖南,杨庆东,彭宝莹,张瑞乾.  机械工程与自动化. 2016(05)
[8]超轻多孔金属材料的多功能特性及应用[J]. 曾卫.  科技传播. 2016(14)
[9]扫描策略对金属粉末选区激光熔化温度场的影响[J]. 陈德宁,刘婷婷,廖文和,张长东,张凯.  中国激光. 2016(04)
[10]激光增材制造技术在航空航天领域的应用与发展[J]. 田宗军,顾冬冬,沈理达,谢德巧,王东生.  航空制造技术. 2015(11)

博士论文
[1]激光选区熔化成型机理和结构特征直接制造研究[D]. 刘洋.华南理工大学 2015
[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]激光选区熔化Ti6Al4V可控多孔结构制备及机理研究[D]. 孙健峰.华南理工大学 2013

硕士论文
[1]金属悬垂特征结构件激光选区熔化成形工艺研究[D]. 吴根丽.南京理工大学 2016
[2]AlSi10Mg合金粉末的选区激光熔化成形工艺及性能研究[D]. 张文奇.华中科技大学 2015
[3]选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究[D]. 李雅莉.南京航空航天大学 2015
[4]工程塑料粉末激光烧结机理及工艺研究[D]. 崔瑞.中国科学技术大学 2011
[5]个性化精密金属零件选区激光熔化直接成型设计优化及工艺研究[D]. 卢建斌.华南理工大学 2011



本文编号：3691115