【摘 要】
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激光近净成形技术是一种以激光为能量源,采用预铺粉或同轴送粉的送料方式,在基体上熔覆材料粉末从而生成立体工件的新型制造技术。该技术能对传统工业难以制造的复杂金属零件
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激光近净成形技术是一种以激光为能量源,采用预铺粉或同轴送粉的送料方式,在基体上熔覆材料粉末从而生成立体工件的新型制造技术。该技术能对传统工业难以制造的复杂金属零件进行直接成形,其快热快冷的加工特性可以改进工件的物理性质,因而普遍运用于航空航天、汽车制造、模型开发等领域。但该技术发展尚不充分、很多基础性研究尚待完善,工件成形时常常出现边缘凸起、断裂以及脱离基板等问题,严重影响了成形精度和成形质量。因此本文从激光近净成形技术的基础研究出发,采用数值模拟方法对薄壁工件的温度场、速度场及应力场进行分析。本文基于控制容积法,结合数值传热学、流体力学的相关理论,在Matlab软件中建立了激光近净成形过程的温度-速度场耦合模型。利用模型计算工件在任意时刻的温度分布和熔池形貌,重点分析了多层工件的熔池形貌衍变过程。随后通过计算成形过程中的有效送粉量,预测了薄壁工件的成形高度,并解释了工件边缘凸起产生的原因。最后建立CCD成像系统拍摄熔池形貌,并利用成像实验验证了数值模型的正确性。本文基于有限元法,在ANSYS热力学分析软件中,采用间接耦合的方法建立了薄壁工件的温度-应力场耦合模型。利用生死单元技术模拟了热源的移动和材料的添加过程。文中重点探究了工件的等效应力分布、各应力分量的分布以及关键路径上的应力分布,从而解释了工件断裂以及脱离基板的原因。
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