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谈述薄壁激光近净成形氧化铝薄壁件温度场模拟和优化设计

收藏本文 2024-02-05 点赞:6773 浏览:17952 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:A1203陶瓷具有高熔点、高硬度、高强度和高化学稳定性的特点,现已广泛运用于航空航天、特殊冶金、磁流体发电等领域中,特别是在某些极端工况下,A1203陶瓷已经逐渐取代部分传统金属材料。利用传统烧结工艺制备A1203陶瓷零件致密度低,且不易成形形状过于复杂的零件,而通过将激光近净成形技术运用于A1203陶瓷零件制备中可以改善上面陈述的缺点,可制备出高性能、全致密、复杂形状的A1203陶瓷零件。但成形历程温度梯度过大会引起热应力过大,且陶瓷材料为典型的脆性材料,使得陶瓷零件很容易产生裂纹和翘曲等缺陷,由此降低成形历程温度梯度对于成形高质量的陶瓷零件作用重大。获取成形历程温度场信息是降低温度梯度的前提。由于成形历程熔池较小、温度极高,通过实验策略很难测得成形历程温度,由此引入数值模拟策略荻取成形历程的温度场信息。本论文通过建立有限元模型计算得到成形历程的温度和温度梯度变化规律,浅析不同工艺参数对成形历程温度场的影响,进而优化工艺参数,为实验提供论述指导,具体探讨内容如下(1)考虑模型基本检测设、材料热物参数、模型建立、网格划分、热源模型、初始条件、边界条件、“生死单元”技术等因素,利用ANSYS软件建立激光近净成形10层A1203溥壁件的温度场模型,获得成形历程温度场分布规律。通过成形实验和热电偶测温结果验证模型的正确性;(2)浅析成形历程温度变化规律,解释成形历程不稳定区域产生的理由,通过优化扫描路径将该不稳定区域最小化。进一步浅析成形历程温度梯度变化规律,得到成形历程的主要温度梯度方向和最大温度梯度位置。通过浅析成形历程塑性点温度梯度大小,指出薄壁件裂纹等缺陷产生的主要理由;(3)转变成形历程的激光功率、扫描速度、预热方式和预热温度,浅析不同工艺参数对成形历程最高温度和塑性点温度梯度大小的影响规律。综合考虑影响因素,优化激光近净成形Al2O3薄壁件的工艺参数,获得一组最佳工艺参数,既可以保证成形历程的稳定性,又可以最大限度降低塑性点温度梯度大小。关键词:激光近净成形论文Al_2O_3薄壁件论文数值模拟论文温度梯度论文基板预热论文

    摘要4-5

    Abstract5-9

    1 绪论9-23

    1.1 激光近净成形技术9-13

    1.1.1 激光近净成形的原理及系统组成9-11

    1.1.2 激光近净成形技术的探讨近况11-13

    1.2 激光近净成形陶瓷结构件13-18

    1.2.1 氧化铝陶瓷概述13-16

    1.2.2 激光近净成形陶瓷结构件的特点和要求16-17

    1.2.3 激光近净成形陶瓷结构件的探讨近况17-18

    1.3 激光近净成形历程温度场数值模拟的探讨近况18-21

    1.3.1 国外探讨近况18-19

    1.3.2 国内探讨近况19-21

    1.4 本课题探讨背景及主要内容21-23

    2 激光近净成形氧化铝簿壁件温度场模型的建立和验证23-35

    2.1 激光近净成形氧化铝薄壁件温度场模型的建立23-28

    2.1.1 模型基本检测设和材料热物参数23-24

    2.1.2 模型建立和网格划分24-26

    2.1.3 热源模型和初始边界条件26-27

    2.1.4 生死单元技术和温度场分布27-28

    2.2 温度场模型的验证实验28-34

    2.2.1 熔池形貌比较实验29-32

    2.2.2 热电偶测温实验32-34

    2.3 本章小结34-35

    3 激光近净成形氧化铝薄壁件温度场变化规律35-49

    3.1 激光近净成形历程温度变化规律35-41

    3.1.1 最高温度随时变化规律35-39

    3.1.2 节点温度随时间变化规律39-41

    3.2 激光近净成形历程温度梯度变化规律41-45

    3.2.1 节点温度梯度随时间变化规律42-44

    3.2.2 最高温度梯度的位置44-45

    3.3 冷却凝固阶段温度梯度变化规律45-47

    3.3.1 冷却凝固阶段温度梯度随温度的变化规律45-46

    3.3.2 塑性点温度梯度变化规律46-47

    3.4 小章小结47-49

    4 激光近净成形氧化铝薄壁件温度场优化策略49-60

    4.1 工艺参数对氧化铝薄壁件温度场的影响49-53

    4.1.1 激光功率对氧化铝溥壁件温度场的影响49-51

    4.1.2 扫描速度对氧化铝簿壁件温度场的影响51-53

    4.2 基板预热对氧化铝薄壁件温度场的影响53-57

    4.2.1 预热方式对氧化铝薄壁件温度场的影响53-55

    4.2.2 预热温度对氧化铝薄壁件温度场的影响55-57

    4.3 激光近净成形氧化铝薄壁件最佳工艺参数57-59

    4.3.1 获取最佳工艺参数的步骤57

    4.3.2 工艺参数优化历程57-59

    4.4 本章小结59-60

    结论60-62

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