熔丝沉积快速成型实验心得

熔丝沉积快速成型实验心得

电子束熔丝沉积快速成形是一种新兴的快速成形技术，可以用于航空航天、医疗等领域大型金属结构件的制造。本论文通过实验与数值模拟相结合的方法，对其传热与流动行为进行了研究，主要的工作和结论如下： (1)开展了TC4钛合金电子束熔丝沉积快速成形实验，研究了工艺参数对熔凝区深度、宽度与深宽比的影响以及成形后的组织特征。结果表明：1)快速成形过程中的熔池具有宽度大、深度小、深宽比小的特点，深宽比通常小于1，因此传统电子束深熔焊的旋转高斯体热源模型不能用于快速成形过程的数值模拟；2)添加椭圆扫描使电子束的作用范围增加并且能量分布更均匀；3)在加工后的熔融区以及相邻的近热影响区均发现了不同体积分数的相和'相，在快速成形过程中熔融区经历了由初生→β→液态→β→/'的相转变过程，近热影响区经历了由初生 →β→/'的相转变过程。 (2)在综合考虑基材与丝材融化、蒸发、凝固等复杂相变现象，熔池内部对流传热、传导传热以及辐射散热等多种传热机制，自由界面的反冲压力、热毛细力和表面张力等动力学因素的基础上，建立了电子束熔丝沉积快速成形三维数值模型，可以用来数值模拟其快速成形过程的熔池温度场以及流动场。通过对比熔凝区横截面形貌的实验结果，验证了模型的可靠性。 (3)开展了TC4钛合金电子束熔丝沉积快速成形传热与流动过程的数值模拟，定量地得到了基材不同时刻温度场、流动场的分布，研究了熔池演变过程以及熔滴沉积对熔池的影响。结果表明：1)温度

场特征量的变化规律与实验结果分析吻合；2)反冲压力、热毛细力均是影响熔池流动的重要因素，其中对流动规律影响最大的是热毛细力的作用；3)熔滴的沉积会对熔池的传热与流动产生影响，但持续时间较短，当熔滴滴落间隔较长时，熔池会逐渐恢复至熔滴沉积前的状态，此时熔池温度场和流动场的分布特征与未添加送丝工艺的基本相似。