Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phương pháp dự đoán biến dạng trong cánh quạt máy nén mỏng được chế tạo bằng quy trình LPBF: Phương pháp dựa trên mô phỏng
Springer Science and Business Media LLC - Trang 1-14 - 2023
Tóm tắt
Bài báo hiện tại đề cập đến việc phát triển một phương pháp hệ thống để dự đoán sự biến dạng trong cánh quạt máy nén Ti6Al4V có thành mỏng được chế tạo bằng quy trình LPBF. Các mô phỏng số đã được thực hiện bằng cách sử dụng Ansys Additive Print (AAP) với việc cung cấp các thông số tỷ lệ biến dạng nội tại (SSF) đã được hiệu chỉnh theo hướng đồng nhất và hệ số không đồng nhất (ASC) như là dữ liệu đầu vào, cùng với hình học của bộ phận đã được lưới hóa. Việc hiệu chỉnh các yếu tố SSF và ASC được thực hiện bằng cách so sánh các giá trị giữa các phép đo số và thực nghiệm thông qua một quy trình lặp tuần tự, xem xét các mẫu hình tường chéo; các mẫu này (hai mẫu trong mỗi trường hợp mật độ năng lượng) được chế tạo cho ba mật độ năng lượng khác nhau: (1) Trường hợp 1—41.67 J/mm3, (2) Trường hợp 2—45.33 J/mm3 và (3) Trường hợp 3—52.78 J/mm3. Sự biến dạng của hình học cánh quạt máy nén trong AAP đã được dự đoán bằng cách sử dụng các tham số đầu vào đã được hiệu chỉnh. Sau đó, hình học cánh quạt giống hệt đã được chế tạo trên một tấm nền đơn, tuân theo các tham số quy trình được sử dụng trong nghiên cứu hiệu chỉnh. Độ biến dạng của mỗi mẫu cánh quạt máy nén này đã được đo bằng cách sử dụng máy quét laser 3D và so sánh với các dự đoán số; kết quả cho thấy có sự phù hợp với độ lệch 10%. Thêm vào đó, nghiên cứu bù đắp biến dạng đã được thực hiện bằng cách áp dụng biến dạng âm vào hình học cánh quạt máy nén gốc nhằm tránh các ảnh hưởng của biến dạng đến chất lượng bộ phận và những lỗi liên quan đến bộ phận. Do đó, nghiên cứu hiện tại chứng minh một phương pháp thực tế cho việc chế tạo các thành phần Ti6Al4V thành mỏng thông qua quy trình LPBF với sự giảm thiểu và bù đắp biến dạng bộ phận.
Từ khóa
#biến dạng #cánh quạt máy nén #Ti6Al4V #quy trình LPBF #mô phỏng sốTài liệu tham khảo
Liu, S., Shin, Y.C.: Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: a review. Mater. Des. 164, 8–12 (2019). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.107552
DebRoy, T., Wei, H.L., Zuback, J.S., Mukherjee, T., Elmer, J.W., Milewski, J.O., Beese, A.M., Wilson-Heid, A., De, A., Zhang, W.: Additive manufacturing of metallic components—process, structure and properties. Prog. Mater. Sci. 92, 112–224 (2018). https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2017.10.001
Uhlmann, E., Kersting, R., Klein, T.B., Cruz, M.F., Borille, A.V.: Additive manufacturing of titanium alloy for aircraft components. Procedia CIRP. 35, 55–60 (2015). https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.08.061
Low Distortion Titanium in Laser Powder Bed Fusion. Published by SAE Mobility Engineering (2021). https://www.mobilityengineeringtech.com/component/content/article/adt/pub/features/articles/40411
Whittaker, P.: Renault trucks: metal additive manufacturing could reduce engine weight by 25%. Met. Addit. Manuf. Mag. 3, 4–5 (2017)
Parry, L., Ashcroft, I.A., Wildman, R.D.: Understanding the effect of laser scan strategy on residual stress in selective laser melting through thermo-mechanical simulation. Addit. Manuf. 12, 1–15 (2016). https://doi.org/10.1016/j.addma.2016.05.014
Vastola, G., Sin, W.J., Sun, C.N., Sridhar, N.: Design guidelines for suppressing distortion and buckling in metallic thin-wall structures built by powder-bed fusion additive manufacturing. Mater. Des. (2022). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110489
Ali, H., Ghadbeigi, H., Mumtaz, K.: Processing parameter effects on residual stress and mechanical properties of selective laser melted Ti6Al4V. J. Mater. Eng. Perform. 27, 4059–4068 (2018). https://doi.org/10.1007/s11665-018-3477-5
Li, H., Ramezani, M., Chen, Z., Singamneni, S.: Effects of process parameters on temperature and stress distributions during selective laser melting of Ti–6Al–4V. Trans. Indian Inst. Met. 72, 3201–3214 (2019). https://doi.org/10.1007/s12666-019-01785-y
Xiao, Z., Chen, C., Zhu, H., Hu, Z., Nagarajan, B., Guo, L., Zeng, X.: Study of residual stress in selective laser melting of Ti6Al4V. Mater. Des. 193, 108846 (2020). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108846
Salem, M., Le Roux, S., Hor, A., Dour, G.: A new insight on the analysis of residual stresses related distortions in selective laser melting of Ti–6Al–4V using the improved bridge curvature method. Addit. Manuf. 36, 101586 (2020). https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101586
Marques, B.M., Andrade, C.M., Neto, D.M., Oliveira, M.C., Alves, J.L., Menezes, L.F.: Numerical analysis of residual stresses in parts produced by selective laser melting process. Procedia Manuf. 47, 1170–1177 (2020). https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.04.167
Park, H.S., Ansari, M.J.: Estimation of residual stress and deformation in selective laser melting of Ti6Al4V alloy. Procedia CIRP. 93, 44–49 (2020). https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.03.091
Wu, J., Wang, L., An, X.: Numerical analysis of residual stress evolution of AlSi10Mg manufactured by selective laser melting. Optik (Stuttg). 137, 65–78 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2017.02.060
Li, Y., Zhou, K., Tan, P., Tor, S.B., Chua, C.K., Leong, K.F.: Modeling temperature and residual stress fields in selective laser melting. Int. J. Mech. Sci. 136, 24–35 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2017.12.001
Bompos, D., Chaves-Jacob, J., Sprauel, J.M.: Shape distortion prediction in complex 3D parts induced during the selective laser melting process. CIRP Ann. 69, 517–520 (2020). https://doi.org/10.1016/j.cirp.2020.04.014
Zaeh, M.F., Branner, G.: Investigations on residual stresses and deformations in selective laser melting. Prod. Eng. 4, 35–45 (2010). https://doi.org/10.1007/s11740-009-0192-y
Hill, M.R., Nelson, D.V.: Inherent strain method for residual stress determination and its application to a long welded joint. Am. Soc. Mech. Eng. Press. Vessel. Pip. Div. PVP. 318, 343–352 (1995)
Liang, X., Chen, Q., Cheng, L., Hayduke, D., To, A.C.: Modified inherent strain method for efficient prediction of residual deformation in direct metal laser sintered components. Comput. Mech. 64, 1719–1733 (2019). https://doi.org/10.1007/s00466-019-01748-6
Chen, Q., Liang, X., Hayduke, D., Liu, J., Cheng, L., Oskin, J., Whitmore, R., To, A.C.: An inherent strain based multiscale modeling framework for simulating part-scale residual deformation for direct metal laser sintering. Addit. Manuf. 28, 406–418 (2019). https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.05.021
Setien, I., Chiumenti, M., van der Veen, S., San Sebastian, M., Garciandía, F., Echeverría, A.: Empirical methodology to determine inherent strains in additive manufacturing. Comput. Math. Appl. 78, 2282–2295 (2019). https://doi.org/10.1016/j.camwa.2018.05.015
Jagatheeshkumar, S., Raguraman, M., Siva Prasad, A.V.S., Nagesha, B.K., Chandrasekhar, U.: Study of residual stresses and distortions from the Ti6Al4V based thin-walled geometries built using LPBF process. Def. Technol (2023). https://doi.org/10.1016/j.dt.2023.01.002
Zongo, F., Simoneau, C., Timercan, A., Tahan, A., Brailovski, V.: Geometric deviations of laser powder bed–fused AlSi10Mg components: numerical predictions versus experimental measurements. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 107, 1411–1436 (2020). https://doi.org/10.1007/s00170-020-04987-7
Mayer, T., Brändle, G., Schönenberger, A., Eberlein, R.: Simulation and validation of residual deformations in additive manufacturing of metal parts. Heliyon (2020). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e03987
Ansys: Additive User’s Guide (Print and Science) (2021). https://storage.ansys.com/mbuassets/additive/Calibration/211/ANSYS_Additive_Calibration_Guide_2021_R1.pdf
Additive User’s Guide (Print and Science) (2022). https://www.scribd.com/document/617891553/Additive-Users-Guide-Print-and-Science
Simson, T., Emmel, A., Dwars, A., Böhm, J.: Residual stress measurements on AISI 316L samples manufactured by selective laser melting. Addit. Manuf. 17, 183–189 (2017). https://doi.org/10.1016/j.addma.2017.07.007
Bartlett, J.L., Li, X.: An overview of residual stresses in metal powder bed fusion. Addit. Manuf. 27, 131–149 (2019). https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.02.020
Scipioni Bertoli, U., Wolfer, A.J., Matthews, M.J., Delplanque, J.P.R., Schoenung, J.M.: On the limitations of volumetric energy density as a design parameter for selective laser melting. Mater. Des. 113, 331–340 (2017). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.10.037
Promoppatum, P., Onler, R., Yao, S.C.: Numerical and experimental investigations of micro and macro characteristics of direct metal laser sintered Ti–6Al–4V products. J. Mater. Process. Technol. 240, 262–273 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.10.005
Serrano-Munoz, I., Mishurova, T., Thiede, T., Sprengel, M., Kromm, A., Nadammal, N., Nolze, G., Saliwan-Neumann, R., Evans, A., Bruno, G.: The residual stress in as-built Laser Powder Bed Fusion IN718 alloy as a consequence of the scanning strategy induced microstructure. Sci. Rep. 10, 1–15 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-71112-9
Otubusin, A., Wood, P., Appleby, J., Adamczuk, R.: Analysis of parameters influencing build accuracy of a SLM printed compressor outlet guide vane. Proc. ASME Turbo Expo. (2018). https://doi.org/10.1115/GT2018-75548