扫描路径对激光立体成形TC4构件热-力场的影响

鹿旭飞^1,2，林鑫^1,2，马良^1,2，曹阳^1,2，黄卫东^1,2

1. 西北工业大学凝固技术国家重点实验室2. 西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室

摘 要：为减缓激光立体成形过程中由于大的热梯度导致的残余应力和变形,首先采用原位测量监测成形过程中基板的温度及变形演化,并以此校验有限元模型,然后利用校准模型研究不同扫描路径对激光立体成形TC4钛合金构件热-力场演化行为的影响。结果表明:模拟结果与实验吻合良好。最大热梯度和最大拉应力均出现在第一层扫描过程中,温度梯度随沉积层数增加而逐渐减小。长边单向扫描方式下基板的变形量最大,而采用短边往复扫描方式下残余应力和变形最小;采用棋盘格扫描方式能有效减小基板的变形,但不能减小构件的残余应力。另外,基板的横向弯曲变形能有效抑制基板的纵向弯曲,而相变诱导的应力释放对激光立体成形构件的残余应力和变形具有显著的影响。

关键词：扫描路径;热-力场;激光立体成形;TC4合金;有限元分析;