超声微锻造辅助激光熔丝增材制造数值模拟研究

激光熔丝增材制造技术能大大提高制造效率,但制件存在复杂的残余应力,导致制件内部缺陷多.为了解决这些问题,将超声微锻造与滚压相结合对制件表面进行高频率击打,使金属表层产生塑性变形,将原有的拉应力转变成压应力.以TC4为研究对象,利用ANSYS对激光熔丝过程进行热-结构耦合数值模拟,并施加超声滚压微锻造,分析微锻造前后应力场的变化情况.研究结果表明:激光熔丝熔覆层应力分布更加均匀,拉应力减小,甚至转化为压应力,有效地抑制制件内部缺陷的形成.     

钛合金激光熔丝增材制造的温度场与应力场模拟

激光熔丝增材成形过程中复杂热循环和残余应力分布会使沉积层产生较大的变形甚至开裂.利用ABAQUS软件建立其完全热力耦合有限元模型,采用移动热源子程序模拟激光加载,生死单元技术模拟材料的添加.综合考虑了材料的熔化潜热、对流/辐射换热边界条件、随温度变化的材料非线性等问题,研究Ti-6Al-4V 钛合金单道多层薄壁件沉积过程中的热循环特性和残余应力分布.结果表明:沉积成形经历了快速加热、快速冷却的过程,随着层数的增加,热累积效应增强;沉积层整体呈拉应力状态,易产生裂纹等缺陷.     

同轴送粉激光增材工艺对温度场及应力场的影响

激光增材制造过程中金属零件能否顺利成形以及成形后组织性能的优劣直接取决于工艺参数的选择。为研究激光工艺参数对增材构件温度场和应力场的影响,本文研究基于顺序热-力耦合有限元方法对在304L基板上进行同轴送粉激光增材GH4169合金粉末的单道单层工艺开展数值模拟研究。在实验验证数值模型有效性的基础上,深入分析激光功率和扫描速度对不同区域的温度场和残余应力的影响,并探讨应力场与温度场之间的关系。在沉积层边缘区域,提高激光功率和降低扫描速度都会明显降低沉积层和基板在降温过程中的温度梯度,且该温度梯度与该位置的横、纵向残余应力呈明显的正比关系。在沉积层内部,扫描速度的变化对横、纵向温度梯度和残余应力影响微小,提高激光功率使得该区域的纵向温度梯度明显降低,但横、纵向残余应力略有增大,熔池中心区域的残余应力和温度梯度不存在明显的正比关系。     

超声滚压微锻造增材件表面力学性能

增材制造Ti-6Al-4V钛合金构件时,易出现裂纹、表面粗糙度大等缺陷.为了解决这一问题,将应用于表面强化处理的超声滚压微锻造工艺与增材制造过程相结合,通过有限元软件模拟了激光熔丝增材制造及冷却过程,并分析了超声滚压微锻造加工对增材件表面力学性能的影响.结果表明：在经过超声滚压微锻造加工后,增材件残余应力由拉应力转变为较大的压应力,有效降低了增材件产生裂纹等缺陷的风险,同时,加工后的增材件表面等效塑性应变增大,表面显微硬度提高,且超声滚压微锻造加工对滚压头接触区域影响最大.     

增材制造成形工艺及其关键技术研究

在研究增材制造技术发展的基础上,对成形工艺过程中的关键技术问题以及裂纹、孔隙、球化等现象,采用理论计算、数值模拟和实验设计分析相结合的方法,进行了增材制造工艺过程分析与成形方法优化。结果发现:成形的材料、工艺、热量输入的瞬时性、局部性及其连续性等因素,制约产品成形的精度和质量,直接决定成形件的致密度和力学性能。通过研究与分析,提出了具体的解决思路与方法,同时也为该领域研究提供了理论基础和研究方法。     

基于节能的增材制造工艺参数优化方法研究

增材制造技术因其能够一层层打印出复杂的零件而日益备受关注,然而,增材制造技术的工艺参数繁多且相互影响,因此,合理选择工艺参数一直以来是研究的重点.为了解决这一问题,文中提出了基于节能的增材制造工艺参数优化方法.首先,分别建立了常见的增材制造技术,如熔融沉积成形(fused deposition modeling,FDM...     

增/减材复合加工316L宏观形貌和残余应力试验

为了研究激光功率P、送粉速率f和扫描速度v_f对熔覆层宏观质量的影响,采用正交试验进行激光熔化沉积的单层单道成形试验研究.以熔覆层的形状系数ξ为评价指标,通过极差分析获得P,f和v_f对几何形貌影响的主次顺序.结果表明:在一定工艺参数范围内,f对熔覆层ξ的影响最大;最佳工艺参数组合是P,f和v_f分别为1kW,0.7g/min和600mm/min.利用X射线衍射法对增/减材复合制造316L不锈钢薄壁圆环表面残余应力的分布进行了试验研究.结果表明:试样表面的顶部和底部是拉应力,中间部分是压应力;铣削加工可以消除一部分残余应力.     

TC4钛合金超声微锻造强化机理及数值模拟

为进一步研究超声微锻造强化工艺加工机理及加工后材料表面,以TC4钛合金的超声微锻造强化加工为研究对象,使用基于Boussinesq解及DC-FFT算法的半解析法(SAM),建立了加工过程中载荷加载的数学模型并进行求解,分析讨论其加工机理.同时建立有限元模型,对完整加工过程进行有限元分析,验证半解析结果,并与传统滚压光整...     

基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融（Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB）技术制备CuSn10-金刚石复合材料;围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素,以单颗金刚石颗粒为研究对象,通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型,反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程;阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制,发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的,而是由高温熔池的热影响导致,CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1 491.6 ℃. 建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系,发现随着金刚石颗粒温度的增加,其石墨化程度增加,严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.     

旁路耦合微束等离子弧焊增材制造曲面零件

基于xPC Target实时目标环境,建立了旁路耦合微束等离子弧焊增材制造系统.运用UG/NX软件系统实现了增材制造过程中零件从模型建立、成形路径规划到执行代码生成的一体化和自动化.通过改变旁路电流的大小完成了304L不锈钢椭圆筒形零件和圆柱形零件的快速成形.对堆垛成形后的圆柱形零件进行铣削加工完成了不锈钢戒指零件的加工制造.     

面向增材制造的零件结构及工艺设计

从零件结构设计中的拓扑优化、介观结构、零件整合、流体管道及热交换器设计方面和工艺设计中层内轨迹、建造方向、多轴建造及曲面分层设计方面系统地论述了国内外面向增材制造的零件设计的研究进展,并在此基础上提出了AM零件一体化设计、多尺度下异构胞状结构设计、面向零件性能的工艺设计以及连续碳纤维增强复合材料工艺设计四个未来发展趋势。     

激光超声表面波检测薄板残余应力的数值模拟

应用ABAQUS有限元软件模拟了脉冲激光激发的超声表面波在半无限大弹性薄板内的传播.首先把激光激励等效为作用在薄板表面的高斯分布的脉冲载荷,模拟输入的超声信号,在边界处采用无限单元来消除边界反射波对接收信号的干扰,接收到的表面波信号具有典型的表面波特点.其次,通过修正弹性模量的方法得到薄板在单向应力状态下的应力场,采用时差法得到表面波在应力区的传播速度,所得的数值结果和理论解与实验结果拟合良好,为激光超声检测残余应力提供了一种有效的数值方法.     

氮化硅光固化增材制造工艺与性能的研究

通过设计浆料配方和设置打印参数,采用光固化增材制造（3D打印）的方法制备出氮化硅陶瓷样品。通过热重-差示扫描量热（TG-DSC）分析得到脱脂温度,确定了脱脂预烧结和高温陈化烧结工艺,得到了氮化硅陶瓷样品。试验结果：氮化硅陶瓷样品收缩率为水平方向65.1%,厚度方向80.0%;密度达到理论值的93.3%;抗拉强度为245.9~279.8 MPa,抗弯强度为308.5~333.2 MPa。平面方向收缩较大,可能引起了拉伸时的层状撕裂。     

虚拟制造中数控加工仿真的研究与开发

通过分析虚拟制造中数控加工仿真的相关技术,利用对加工系统三维几何模型和加工过程仿真等模块的设计,进行了面向虚拟制造的数控加工仿真系统的研究.在Visual C 6.0开发环境下,开发了以铣削某零件为例的数控加工仿真系统,直观实时性显示了零件的加工过程.