激光金属直接制造中工艺参数对粉末利用率影响的模拟研究

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1、铸造技术V01．3ONO．9·1l96·F0UNDRYTECHN0I0GYSep．2009激光金属直接制造中工艺参数对粉末利用率影响的模拟研究朱刚贤，张安峰，李涤尘，周志敏(西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西西安710049)摘要：为了获得激光金属直接制造中工艺参数对金属粉末利用率的影响规律，建立了粒子被熔池吸收的物理模型，应用气固两相流理论对其模型的流场进行了数值模拟，采用FLUENT软件中的离散相模型中的欧拉一拉格朗日类中的颗粒轨道模型实现了粉末颗粒的跟踪，计算了流场中的粉末颗粒的浓度及速度分

2、布规律。计算结果表明：随激光光斑直径、激光功率的增大和扫描速度的减小，粉末利用率会随之增大；随载气速度、送粉量及保护气流量的增加，粉末利用率呈现先增大后减小的趋势。所得结果对试验选择加工工艺参数具有参考价值。关键词：激光金属直接制造；工艺参数；粉末利用率；气固两相流；数值模拟中图分类号：TN249；TB115文献标识码：A文章编号：1000—8365(2009)09—1196—05NumericaISimulationontheEffectofProcessParametersonthePowderUsingE

3、fficiencyinLaserMetalDirectManufactUrIngZHUGang-xian，ZHANGAn—feng，LIDi—chen，ZHOUZhi-min(StateKeyLaboratoryforManufacturingSystemsEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049)Abstract：Inordertogettheinfluencingruleofprocessparametersonmetalpowderusingefici

4、ency，aphysicalmodeloftheparticlesabsorbedbymoltenpooliSestablished．Gas—solidtwo—phaseflowtheoryisusedtosimulatetheflowfieldofthemode1．TheEuler—LagrangeparticletrackingmodeIofdiscretemodeIinFLUENTsoftwareisusedtoevaluatethecOncentratiOnandvelocitydistribution

5、ofpowderparticles．Thecomputationalresultsindicatethatthepowderusingeficiencyincreaseswiththeincreasedoflaserpowerandspotdiameterandthereducingoftraversespeed；thepowderusingeficiencyfirstlyincreasedthendecreasedwiththegrowthofcarriergasflowrate，powdermassflow

6、rateandshieldinggasflowrate．Theconclusionwillbebeneficialtoselectingtheoptimumprocessparametersinmanufacturing．Keywords：Lasermetaldirectmanufacturing；Processparameters；Powderusingeficiency；Gas．solidtwo—phaseflow；Numericalsimulation激光金属直接制造(LaserMetalDirectMa

7、nufac—贵【5]，所以在加工中能够充分提高粉末材料的利用率turing，LMDM)技术是指以激光或电子束作为热源，将可大幅度节约投入成本。而目前对于粉末利用率的以预置或同步供给金属粉末(丝)为成形材料，在快速系统研究还缺乏报道，张庆茂等人l6]试验研究了一定原型制造技术基础上融合激光熔覆技术来制造金属零范围内扫描速度及送粉量对粉末利用率的影响规律，件的先进制造技术口]。在激光金属直接制造中，作而试验研究成本较高。本文采用数值模拟方法建立数为原料的金属粉末(特别是高温合金粉末)造价极为昂值计算模型，之后通过不

8、断改变工艺参数来研究其对粉末利用率的影响规律，对于试验选择加工工艺参数收稿日期：2009—02—19；修订日期：2009—02—23具有指导价值。基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2oo7cB7O77O4)；国家1建立粒子被熔池吸收的模型自然科学基金资助项目(50675171)；长江学者和创新团队发载气粉末经过同轴送粉喷嘴汇聚后其粉末浓度分展计划资助项目(IRT0646)布为