6061鋁合金增材制造溫度場仿真

鄭俊旺, 馬貴春, 王 政, 張化斌, 王 磊

(中北大學 航空宇航學院, 山西 太原 030051)

0 引 言

鋁合金由于其密度低、比強度高、塑性強等優勢, 在航空航天領域有著廣泛的應用, 特別是在航空領域, 鋁材的使用可達到80%以上[1-2]。6061鋁合金作為Al-Mg-Si系鋁合金, 具有優越的加工焊接性能, 被大量應用于飛機的蒙皮、機身框架等部件上[3-5]。隨著航空工業的發展, 鍛造、鈑金成形、機加制造等傳統制造工藝愈發難以滿足飛機研發制造過程中的高效、低成本的要求[6], 而利用增材制造加工飛機零件能夠實現一體化成形, 減輕構件質量, 縮短制造周期。電子束選區熔化增材制造技術(SEBM)作為增材制造的重要分支之一, 在航空領域的零件制造中具有極大的優勢[7]。

國內外學者針對電子束選區熔化增材制造技術的零件成型過程的熱傳導進行了大量模擬研究。江靜等[8]采用ABAQUS有限元軟件對純鎢SEBM成形過程進行數值模擬, 研究了電子束半徑、掃描速率及熱源功率等工藝參數對溫度場及熔池尺寸的影響。劉鐵錚[9]通過有限元方法模擬了TC4鈦合金的SEBM成型, 結果表明, SEBM熱傳導過程中溫度會迅速變化, 溫度梯度較大。Shen等[10]通過對Ti-6Al-4V的電子束增材制造成型過程進行有限元模擬, 發現相同工藝參數下粉末層比固體層的熔池尺寸更大, 最高溫度更高; 粉末孔隙率越大, 熔池越深, 溫度越高, 但沿掃描方向熔池尺寸減小; 電子束直徑越大, 溫度梯度越小。Tadano等[11]利用有限元軟件研究了電子束熔化鎳基高溫合金過程中的應力應變。……