增材制造316L不锈钢成型工艺及性能研究

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不锈钢具有耐腐蚀性和良好的机械性能,广泛应用于汽车、建筑、医疗器械以及军事领域。采用传统的减材制造方式有着成本高、制造周期长、材料利用率低等缺陷。随着制造业的发展,增材制造利用堆积原理,将激光扫描和快速成型结合,可以实现316L不锈钢的复杂结构零件成型。目前针对应用增材制造的方法加工316L不锈钢板料的研究较少,而板料是金属成形的重要组成部分,316L不锈钢增材制造板料具有着重要的研究价值。由于使用增材制造技术成型的316L不锈钢存在着残余应力、球化、裂纹、孔隙等问题,往往成型性能比较差。为了更好地分析和解决上述问题,本文针对316L不锈钢的板材成形性能,通过分析工艺参数对316L不锈钢板料的性能影响,开展了如下研究:通过调整增材制造的工艺参数,以填充激光功率、扫描速度、扫描间距为变量,制备了多组的316L块体不锈钢,并根据成形情况,发现扫描间距过小时,会降低材料制备的成功率。通过线切割将增材制造的316L不锈钢块体切割成单向拉伸、剪切拉伸、平面应变拉伸和U型弯曲的试件,并进行静态拉伸试验,通过处理试验数据分析材料力学性能与制造工艺之间的关系,发现随着填充激光功率的增加,材料的力学性能会先上升后下降,在300W时性能最好;随着扫描速度和扫描间距的增加,材料的力学性能会随之提升。通过U型弯曲试验分析回弹与制造工艺的关系,发现随着填充激光功率的上升,材料的回弹量先增加后减小,在功率为260W时回弹量最大;随着扫描间距的提升,回弹量呈现减小的趋势;随着扫描速度的增加,回弹量呈现减小的趋势。将316L不锈钢的性能应用到有限元模拟仿真中,通过模拟静态拉伸试验和U型弯曲试验,提取模拟的结果,并与试验结果对比,验证了有限元模拟的可靠性。基于有限元分析软件ABAQUS并结合疲劳分析软件FE-SAFE,对316L不锈钢板材增材制造试件进行了疲劳寿命预测。通过Simufact Additive增材制造软件模拟了单拉试件和块状坯料的打印过程,从模拟的角度分析了316L不锈钢打印块体失败的原因,模拟结果成功解释了试验中制备成功率低的现象,证明该模拟可用于增材制造的成形预测。
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