铁粉激光直接成形温度场数值模拟.pdf

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1、第33卷第6期矿冶工程Vo1．33No62013年12月MGANDMETALLURGICALENGINEERINGDecember2013铁粉激光直接成形温度场数值模拟①苏正夫(湖南稀土金属材料研究院，湖南长沙410126)摘要：建立了激光直接成形三维温度场有限元模型，该模型考虑到了材料热物性参数随温度变化以及相变潜热。采用ANSYS有限元软件对铁粉的激光直接成形过程的三维瞬态温度场进行了数值模拟。模拟结果表明：热影响区的等温线形状呈现前密后疏；由于热积累效应，第二层的温度值要高于与第一层相同位置的温度值；随着激光功率增大

2、，热流密度不断增加，熔池的温度越来越高，熔池尺寸也越来越大，导致液相存在时间过长从而加剧球化现象。关键词：激光直接成形；铁粉；温度场；数值模拟中图分类号：O551文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．0253—6099．2013．06．028文章编号：0253—6099(2013)06-0103—04NumericalSimulationofTemperatureFieldforLaserDirectFormingofIronPowderSUZheng—fu(HunanRare．EarthMetaZResea

3、rchInstitute，Changsha410126，Hunan，China)Abstract：Athree．dimensionalfiniteelementmodelwasestablishedfortemperaturefieldduringlaserdirectforming(LDF)，withthevariationofthermophysicalpropertiesofmaterialswithtemperatureandthelatentheatofphrasetransformationtakenintoc

4、onsideration．ByusingANSYSsoftware，numericMsimulationof3DtransientstateoftemperaturefieldduringLDFwasobtained．Thesimulationresultsshowthattheisothermofheataffectedzone(HAZ)presentstobedenserinfrontendofmoltenpoolthanthebackend．Thetemperatureofthesecondlayerismuchhi

5、gherthanthefirstlayerduetocumulativeeffectofheat．Withanincreaseinlaserpower，whichleadstoariseinthedensityofheatflowrate，themoltenpoolbecomesincreasinglyhigherintemperatureandbiggerinsize．Theresultoflonger—timeinliquidphaseaggravatedbailingphenomenon．Keywords：laser

6、directforming；ironpowder；temperaturefield；numericalsimulation激光直接成形(Laserdirectforming，LDF)，又称LaserSintering，SLS)方面J，而且大多数是单层的二选区激光熔化是近年来发展起来的一种用小功率激光维、三维温度场模拟，或没有考虑粉末热物性参数随温(一般采用100W以上的光纤激光器)直接成型制造度的变化；而基于粉末热物性参数随温度变化的复杂精细金属零部件的新型快速成型技术，可无模直LDF多层成形过程的三维温度场模拟相对报道较

7、少。接成型致密度100％、相对尺寸精度为千分之一的各为此本文考虑了材料热物性参数随温度变化和相变等种复杂结构的金属零部件，无需复杂后处理¨。但非线性情况，基于ANSYS环境建立了LDF三维温度LDF成形过程是一个复杂的物理化学冶金过程，快速场有限元模型。激光热源近似为高斯分布，并利用熔化与快速凝固时存在较大的温度梯度，产生较大的AYSYS参数化语言(APDL)实现了激光高斯热源的移热应力，熔化的金属表面张力很高，容易产生球化和翘动加载，研究铁粉在不同激光直接成形功率、层数下激曲变形。这两个问题已经成为普遍性的国际性难光直接

8、成形铁粉的温度场。题，因此，对激光直接成形过程温度场进行数值模拟，分1LDF模型的建立析成形工艺参数对温度场的影响规律，对选择合适的工艺参数，提高LDF制件的质量具有重要的现实意义。LDF三维有限元模型如图1所示。模型由下层的国内外对于金属粉末激光快速成形温度场模拟方基板和上层的粉末组成。基板尺寸为3m