Page 98 - 机械工程材料2024年第十一期

张 杰，等：成形试样形状和尺寸对激光选区熔化成形钛合金残余应力的影响

由德国TLS3D打印金属粉末制造公司提供。采 为 100 μm，激光功率为 260~300 W，扫描速度为
用EOS-M280 型商用SLM增材制造机通过选区激 1 000~1 400 mm · s − 1 ，扫描间距为 0.14 mm，相邻
光熔化成形制备如图1所示的4种试样 （ z为成形方 层间扫描路径夹角为67°， 相同层扫描时激光光斑搭
向），工艺参数参考文献［16］ 确定：激光光斑直径 接率为25%。

图 1 SLM 直接成形试样的形状与尺寸
Fig. 1 Shape and size of specimens directly formed by SLM: (a) columnar specimen; (b) fatigue specimen;
(c) 10 mm-thick plate specimen and (d) 22 mm-thick plate specimen

采用轮廓法测试应力：如图2所示，将试样夹持 切割面变形数据作为位移边界条件施加到有限元模
后，使用Seibu M50型慢走丝线切割机将其切割成两 型的相应切割面节点上，经过弹性有限元计算，即
半，切割丝为直径0.25 mm的纯铜丝，切割速度约为 可获得切割前切割面上的z向残余应力分布。在建
1.0 mm · min −1 ，切割过程在去离子水中进行，以减 立有限元模型时，考虑到切割面变形量小（约20 μm）
小切割造成的热应力；采用蔡司PRISMO型三坐标 以及为了建模和加载位移方便，将疲劳试样模型
测量仪测试切割面轮廓，扫描测试精度约为1.2 µm， 简化为直径 7 mm的圆柱体。采用ANSYS软件的
轮廓数据经过剔除误差点、插值平均和光滑拟合后， Solid185六面体划分单元， 疲劳试样切割面网格尺寸
作为有限元模拟的边界条件；按照切割后试样的有 为0.15 mm×0.15 mm，柱状试样切割面网格尺寸为
效尺寸数据建立有限元模型（见图3） ，将光滑拟合的 0.4 mm×0.4 mm，两种板状试样切割面网格尺寸为

图 2 不同试样的夹持及切割方式
Fig. 2 Clamping and cutting methods of different specimens: (a) columnar specimen; (b) fatigue specimen and (c) plate specimen

图 3 对半切割后 4 种试样的有限元模型
Fig. 3 Finite element models of four kinds of specimens after cutting in half: (a) columnar specimen; (b) fatigue specimen;
(c) 10 mm-thick plate specimen and (d) 22 mm-thick plate specimen
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