中国激光, 2010, 37 (6): 1636, 网络出版: 2010-07-07   

沉积层结构对同轴送粉喷嘴粉末流场的影响规律

作者单位
西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
摘要
为了探讨在成形过程中沉积层结构对粉末流场的影响规律,应用气固两相流理论研究了沉积层在不断变化过程中对粉末流场浓度分布规律及粉末流汇聚焦距的变化规律,采用FLUENT软件中的离散相模型计算了粉末流场分布。计算结果表明,同轴送粉喷嘴(CPFN)的粉末汇聚浓度在径向近似服从高斯分布,与自由射流相比粉末汇聚焦点上移,粉末汇集焦距从5 mm减少到4.6 mm,上移量为0.4 mm。在沉积层宽度一定时,随沉积层高度增大,粉末汇聚点处的浓度变小,汇聚点稍微下移,汇聚特性基本不变;在沉积层高度一定时,随沉积层宽度增大,汇聚点处浓度值增大,汇聚焦点略微上移,粉末汇聚性较好。并对不同高度及宽度的沉积层进行单层沉积试验,试验结果与计算结果基本一致。说明在开环控制下制造壁厚不均且高度逐渐变化的金属零件时,由于制件结构变化而造成粉末流场变化,进而会促使沉积层高度增长的不均匀性,降低制造零件的表面成形质量。
Abstract
参考文献

[1] 钟敏霖,刘文今. 国际激光材料加工研究的主导领域与热点[J]. 中国激光, 2008, 35(11):1653~1659

    Zhong Minlin, Liu Wenjin. Leading areas and hot topics on global laser materials processing research [J]. Chinese J. Lasers, 2008, 35(11):1653~1659

[2] T. T. Wohlers. Wohlers Report [M]. USA: Wohlers Associates, Inc. 2006. 13~43

[3] . 激光直接金属快速成形技术的研究进展[J]. 兵器材料科学与工程, 2007, 30(5): 68-72.

    . Development of research on laser direct metal rapid prototyping technology[J]. Ordnance Material Science and Engineering, 2007, 30(5): 68-72.

[4] . Zekovic, R. Dwivedi, R. Kovacevic. Numerical simulation and experimental investigation of gas-powder flow from radially symmetrical nozzles in laser-based direct metal deposition[J]. Int. J. Mach. Tool. & Manuf., 2007, 47: 112-123.

[5] . Lin. Numerical simulation of the focused powder streams in coaxial laser cladding[J]. J. Mater. Proc. Technol., 2000, 105: 17-23.

[6] 杨楠,杨洗陈. 激光熔覆中粉嘴流场的数值模拟[J]. 中国激光, 2008, 35(3):452~455

    Yang Nan, Yang Xichen. Numerical simulation of flow field of nozzle in laser cladding [J]. Chinese J. Lasers, 2008, 35(3):452~455

[7] . 激光制造中载气式同轴送粉粉末流场的数值模拟[J]. 机械工程学报, 2007, 43(5): 161-166.

    . . Numerical simulation of coaxial powder flow with carrying gas in laser manufacturing[J]. Chinese J. Mechanical Engineering, 2007, 43(5): 161-166.

[8] . 同轴送粉喷嘴气固两相流流场的数值模拟[J]. 西安交通大学学报, 2008, 42(9): 1169-1173.

    . . Numerical simulation of gas-solid two-phase flow field on coaxial powder nozzle in laser metal direct manufacturing[J]. J. Xi’an Jiaotong University, 2008, 42(9): 1169-1173.

[9] . Tanaka, Y. Tsuji. Numerical simulation of gas-solid two-phase flow in a vertical pipe[J]. Gas-Solid Flows ASME, 1991, 121(2): 123-128.

[10] B. E. Launder, D. B. Spalding. Lectures in Mathematical Models of Turbulence [M]. London: Academic Press, 1972. 127~133

[11] 王福军. 计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004. 120~124

    Wang Fujun. Computational Fluid Dynamics Analysis-Principles and Application of CFD Software [M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2004. 120~124

[12] 李文春. 三维气固两相圆柱绕流的直接数值模拟[D].杭州:浙江大学, 2005. 32~34

    Li Wenchun. Direct numerical simulation of three-dimensional gas-solid two-phase wake of a circular cylinder [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2005. 32~34

[13] . M. Lin. Concentration mode of the powder stream in coaxial laser cladding[J]. Opt. & Laser Technol., 1999, 31(3): 251-257.

[14] . J. Pinkerton, L. Li. Modelling powder concentration distribution from a coaxial deposition nozzle for laser-based rapid tooling[J]. J. Manu. Science and Engineer.-Trans. ASME, 2004, 126(1): 33-41.

[15] 杨洗陈,雷剑波,刘运武 等. 激光制造中金属粉末流浓度场的检测[J]. 中国激光, 2006, 33(7):993~997

    Yang Xichen, Lei Jianbo, Liu Yunwu et al.. Experimental measurement of metal powder stream [J]. Chinese J. Lasers, 2006, 33(7):993~997

朱刚贤, 李涤尘, 张安峰, 周志敏. 沉积层结构对同轴送粉喷嘴粉末流场的影响规律[J]. 中国激光, 2010, 37(6): 1636. 朱刚贤, 李涤尘, 张安峰, 周志敏. [J]. Chinese Journal of Lasers, 2010, 37(6): 1636.

本文已被 8 篇论文引用
被引统计数据来源于中国光学期刊网
引用该论文: TXT   |   EndNote

相关论文

加载中...

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!