【摘 要】
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选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)可将金属粉末材料加工成各种复杂的零件,是快速成型中金属成型工艺的代表技术之一。由SLM的成型原理知,成型材料吸收热源能量后,材料经过固体粉末熔化到再凝固的过程,期间产生较大的温度梯度,会导致零件翘边和应力过大等现象,而SLM工艺参数是影响成型件质量的重要因素。研究的成型件是弧面凸轮,因弧面凸轮廓面比较复杂,采用Solidwo
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选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)可将金属粉末材料加工成各种复杂的零件,是快速成型中金属成型工艺的代表技术之一。由SLM的成型原理知,成型材料吸收热源能量后,材料经过固体粉末熔化到再凝固的过程,期间产生较大的温度梯度,会导致零件翘边和应力过大等现象,而SLM工艺参数是影响成型件质量的重要因素。研究的成型件是弧面凸轮,因弧面凸轮廓面比较复杂,采用Solidworks和Matlab软件对弧面凸轮进行精确建模,并用Solidworks Motion插件对弧面凸轮机构进行运动仿真,不仅提高了建模效率,同时验证了机构的合理性。以Simufact Additive软件为仿真平台,选用16MnCr5低碳钢,对变形量、等效应力及热处理进行仿真研究。在弧面凸轮进行四面体网格划分的基础上,该软件基于固有应变算法,建立高斯面热源模型,研究了激光功率、扫描间距和扫描速度对成型件变形,应力场的影响。使用正交试验设计求出一套最佳工艺组合:激光功率为100W、扫描间距为0.2 mm、扫描速度为1200 mm/s,并用极差值分析工艺参数对成型件变形和应力的影响程度。采用最佳工艺方案进一步对弧面凸轮成型方向进行仿真分析,研究了支撑高度对成型件变形和应力的影响,其分布特征主要在成型件的支撑接触处及边角处。对于纵向成型件,此时4mm支撑高度的变形最小,约为0.07 mm,16mm支撑高度的应力最小,约为272.93MPa。而横向成型件,0mm支撑高度变形量最小,约为0.10mm,16mm支撑高度应力最小,约为382.08MPa。并且变形和应力的分布情况较好,在弧面凸轮的关键部位—工作廓面具有较好的变形和应力分布。最后分析了移除支撑方向对成型件变形和应力的影响,当+x方向移除支撑时,对成型件有较好的变形和应力分布。分析了三种热处理方案对成型件变形及应力的影响,对于SLM成型件,进行适当的热处理工艺可以降低变形和等效应力,从而获得合格的成型件。最后分析弧面凸轮加工工艺和工艺反求对弧面凸轮模型的反求,简要总结工艺反求结合SLM成型技术的发展前景。图[104]表[16]参[62]
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