【摘 要】
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随着科技的飞速发展,人们对金属增材制造有了更多的需求和探索。当前,熔覆喷头作为增材制造设备的关键部件,在热源的应用及送粉方式的选择等方面,仍存在许多不足之处。因此,本文设计了一种以复合激光束为热源且可以实现内外环多路送粉的新型熔覆喷头。通过数值模拟方式,研究了喷头热变形情况,对粉末流及激光熔覆过程中的温度场、流场进行了仿真与分析,并应用机器学习算法校验了仿真结果的准确性。主要研究内容如下:为了提高
【基金项目】
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哈尔滨理工大学与盐城动力传动及智能装备产业研究院联合研究课题；
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随着科技的飞速发展,人们对金属增材制造有了更多的需求和探索。当前,熔覆喷头作为增材制造设备的关键部件,在热源的应用及送粉方式的选择等方面,仍存在许多不足之处。因此,本文设计了一种以复合激光束为热源且可以实现内外环多路送粉的新型熔覆喷头。通过数值模拟方式,研究了喷头热变形情况,对粉末流及激光熔覆过程中的温度场、流场进行了仿真与分析,并应用机器学习算法校验了仿真结果的准确性。主要研究内容如下:为了提高加工效率及工件的成型质量,设计出一种新型熔覆喷头。喷头的热源部分采用新型复合激光束（由中心单激光束和外侧三激光束组成）。送粉部分采用内环六路、外环九路的多路送粉通道。在模拟水冷效果后,确定水冷通道为环路式,并得到冷却水的温度、流速、压力等参数的变化情况。通过仿真分析,对喷头在工作状态下的热应力及最大变形量等进行研究,得知其最大变形为0.15mm,最大等效应力为650MPa,最大等效应变为0.0020319。针对增材制造时金属粉末的输送及喷射,研究粉末颗粒的运动情况及粉末流的汇聚过程。通过分别模拟内环六路送粉、外环九路送粉以及内外环协同工作时的送粉过程,得到不同情况下的粉末流最大速度分别为:5.053m/s、2.682m/s、4.988m/s,并得知粉末喷射范围、汇聚效果等,并对结构不足之处进行参数优化,从而使送粉过程更加满足加工要求。应用神经网络模型,对仿真结果数据进行拟合与校验,得到最小误差值为0.0000085244,最优整体拟合度为0.99999,从而确定仿真过程的准确性。通过对激光熔覆过程进行模拟仿真,研究粉末在激光的高温作用下的熔化沉积情况。通过对中心单激光束、外侧三激光束以及多激光束协同工作时的粉末熔覆情况进行模拟仿真,得到单激光束、三激光束以及多激光束下的最高温度分别为:2400℃、2656.7℃、2916.8℃,并得到最大等效残余应力等重要参数,从而分析热熔效果是否理想。利用多隐含层的神经网络模型,对激光与粉末熔覆的模拟仿真结果进行校核与验证。
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