基于离散元方法的金属粉末铺粉动力学研究

摘要：

增材制造技术在航空航天、医疗技术及运输和能源中的应用得到快速增长,其常用方式之一是基于粉末加工.该技术主要瓶颈之一往往与铺粉过程形成的粉层质量有关,颗粒动力学机制尚不清楚,且受铺粉装置的类型和颗粒的黏附性影响很大.本工作基于实验测量和表征的单个颗粒的真实物理和力学参数,采用离散元方法对增材制造常用气雾化金属粉末的铺粉过程进行了数值模拟分析,比较了刮刀和辊子两种铺粉装置中粉堆内颗粒速度和轨迹及最终铺粉层的质量,并分析了这些参数对颗粒黏附表面能的敏感程度.结果 表明,相比于刮刀铺粉,在辊子铺粉过程中,由于辊子旋转运动的作用,粉堆内部存在多条拱形速度带和颗粒对流,且在形成铺粉层之前,颗粒需要经历爬坡上升和下坡滑落两个过程,运动轨迹更长.另外,两种铺粉装置中铺粉层颗粒总体积均随颗粒表面能的增加而降低,但与刮刀铺粉相比,辊子铺粉中铺粉层颗粒总体积小,且对颗粒表面能更加敏感.铺粉装置类型和颗粒黏附性对铺粉层质量的影响可以归因为铺粉层的形成机制,即颗粒从粉堆中进入铺粉间隙的难易程度及铺粉间隙中刮刀或辊子对颗粒的拖曳作用.

关键词：增材制造、离散元、铺粉、数值模拟、金属粉末、流动性

所属期刊栏目：20

分类号：TB12(工程基础科学)

资助基金：国家自然科学基金资助项目编号:51806099

在线出版日期：2020-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：1313-1320