【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属激光增材和减材制造，具体涉及一种基于数值仿真的激光增材和减材制造中的变形行为预测方法。
技术介绍
1、增减材复合制造是在增材制造技术前提下，对数控机床的二次开发技术，不仅具有增材制造的成形速度快、材料利用率高和复杂结构易成形等优点，且兼具机械加工高质量和高精度等优点，可实现复杂零件在同一设备上完成“沉积-精加工”的连续加工过程，是复杂金属构件整体成形的重要手段之一。
2、然而，增减材复合制造过程中，增材制造过程所导致的陡峭的温度梯度不可避免地在构件内部产生较大的残余应力，随后在减材时，热应力、组织应力、铣削力的耦合作用使得构件内部应力分布更为复杂。应力的大小与变形量呈正比关系，不稳定的应力变化将使工件的变形行为变得更加难以预测，不仅影响工件的尺寸精度，还容易产生裂纹并引起开裂，进而导致工件的失效。在目前的技术下，无论是有损法还是无损法([1]刘金娜,徐滨士,王海斗,等.材料残余应力测定方法的发展趋势[j].理化检验：物理分册,2013(10):6.)残余应力测量都无法准确的预测增材和增减材复合制造样品的应力以及变形量，成本高且效果差。
技术实现思路
1、本专利技术为了有效的控制金属材料在增材和减材制造过程中的变形量，避免工件内部应力过大造成的精度低和开裂问题，提出了一种基于数值仿真的激光增减材复合制造的变形行为预测方法。
2、本专利技术基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法按照以下步骤进行：
3、步骤一：通过三维建模
4、步骤二：把步骤一所建好的增材和减材制造的样品模型、以及铣刀模型导入到有限元软件abaqus的部件模块中；
5、步骤三：在有限元软件abaqus的属性模块中创建增材和减材制造的样品模型的材料参数，创造截面并指派截面，将材料参数赋予到样品模型中；
6、步骤四：在有限元软件abaqus的装配模块将铣刀模型和增材和减材制造的样品模型装配到一个模型之中，并设置模型的绝对零度和玻尔兹曼常数；
7、步骤五：在有限元软件abaqus的网格模块对铣刀模型和增材和减材制造的样品模型进行布种并划分网格；
8、步骤六：在有限元软件abaqus的分析步模块以生死单元法设置增材制造过程的分析步，打开几何非线性选项并按实际激光扫描速度来设置时间长度；
9、步骤七：在有限元软件abaqus的载荷模块创建增材和减材制造的样品模型的载荷、边界以及预定义场；步骤七载荷创建时勾选体热通量，设置热源总能量q，单位焦耳；制备的样品如有基板则边界设置中将基板按实际加工环境固定在相应的位置；在预定义场中设置预定义温度场，数值以摄氏度为单位并设置为实际增材时的环境温度；
10、步骤八：在有限元软件abaqus的相互作用模块创建增材和减材制造模型与空气接触的相互作用，设置增材和减材制造样品材料相对应的辐射率；
11、步骤九：在有限元软件abaqus的作业模块创建并提交作业，得到增材和减材制造样品增材制造的温度场和应力场分布数据；
12、步骤十：在有限元软件abaqus的载荷模块创建温度和应力的新的预定义场，将步骤九得到的温度场和应力场数据导入；
13、步骤十一：在有限元软件abaqus的装配模块调整铣刀的位置以控制铣削深度和铣削方向；
14、步骤十二：继续在载荷模块中创建铣刀模型的边界条件；
15、步骤十二中所述铣刀模型的边界条件包括铣刀的旋转方向和旋转速度；所述铣刀的旋转方向和旋转速度为：顺时针旋转，旋转速度1500r/min
16、步骤十三：在有限元软件abaqus的属性模块的材料管理器中编辑材料参数，其他参数不变；
17、步骤十四：在有限元软件abaqus的分析步模块创建新的铣削位移分析步；
18、步骤十五：在有限元软件abaqus的作业模块创建新的铣削加工作业并提交，得到最终的增材和减材制造样品应力场分布数据；
19、步骤十六：在步骤九和步骤十五得到的应力分布数据中找出高数值应力分布的区域为样品的潜在变形区域，实现通过应力分布的大小来预测增减材复合制造过程中工件的变形行为。
20、本专利技术能够得到增材和增减材复合制造样品最终的残余应力分布情况以及各个部位的应力随时间变化曲线，将应力数值高于样品材料的最高屈服应力的分布区域标记出来，此区域为变形行为最易发生区域。本专利技术可进行精准的预测制造过程中因热应力以及机械应力过大导致的材料变形，并以此来指导制造工艺。有效的控制金属材料在增材和减材制造过程中的变形量，避免工件内部应力过大造成的精度低和开裂问题发生。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法按照以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤一所述三维建模软件为UnigraphicsNX。
3.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤一所述增材和减材制造的样品模型、以及加工需要的铣刀模型的建立选用米制单位。
4.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤二以SAT的文件格式将增材和减材制造的样品模型、以及铣刀模型导入到有限元软件abaqus的部件模块中。
5.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤三所述材料参数包括密度、杨氏模量、泊松比、比热容、热导率和线热膨胀系数。
6.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤四中绝对零度为-273.15
7.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤五中网格输出类型设置为温度和位移。
8.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤五所述增材制造过程的分析步的最大增量步设置为20000。
9.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤十三编辑材料参数时勾选Johnson-Cook损伤和损伤演化选项，勾选非弹性热份额选项，并将编辑后的材料参数重新指派在增材和减材制造样品模型的全部截面上。
10.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤十四铣削位移分析步创建时按照实际加工参数设置铣刀的位移距离以及进给速度。
...【技术特征摘要】
1.一种基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法按照以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤一所述三维建模软件为unigraphicsnx。
3.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤一所述增材和减材制造的样品模型、以及加工需要的铣刀模型的建立选用米制单位。
4.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤二以sat的文件格式将增材和减材制造的样品模型、以及铣刀模型导入到有限元软件abaqus的部件模块中。
5.根据权利要求1所述的基于数值仿真的激光增减材混合制造的变形行为预测方法，其特征在于：步骤三所述材料参数包括密度、杨氏模量、泊松比、比热容、热导率和线热膨胀系数。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永江，刘昌煜，孙永刚，吕阳，王楠，宁志良，孙剑飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。