激光增材制造工业级构件变形快速预测方法研究

作者：曹先堃; 罗翔鹏; 段成红^*

来源：应用激光, 2021, 41(03): 575-582.

DOI：10.14128/j.cnki.al.20214103.575

• 激光熔化沉积
• 固有应变方法
• 快速变形预测
• 数值模拟

基于修正的固有应变方法,研究解决热-机械耦合模拟虽结果精度高,但由于计算难以收敛、耗时久等原因,无法预测工业级构件变形的难题。首先,选取小尺寸局部模型模拟激光熔化沉积(LMD)过程,从热-机械耦合计算结果中提取固有应变。其次,利用固有应变法,预测了在一端具有固定支撑约束的基板上单道沉积24层薄壁零件后基板的变形情况,通过与热-机械耦合模拟结果对比,发现固有应变法预测的基板底面中心线上最大变形量的偏差为3.27%,基底自由端变形量的平均偏差为4.15%。同时发现,3 mm为固有应变法中等效数值层的最优高度,其可兼顾计算的准确性和效率。最后,进行了扫描路径的优化,通过对比6种扫描路径,发现层间来回交替扫描模式下的变形量最小。在此基础上,结合固有应变方法,实现了工业级核电应急柴油机凸轮轴在LMD过程后的变形趋势预测。结果表明:凸轮轴两侧变形量最大,为1.47 mm;移除支撑后,两端向上翘曲,最大变形增至2.16 mm,但其最大变形位置没有发生变化。整个计算过程仅耗时9.5 h,这对于实现工业级LMD构件的快速变形预测具有重要意义。

• 单位
  机电工程学院; 北京化工大学