鎳基高溫合金納秒脈沖激光制孔過(guò)程數(shù)值模擬研究.pdf

1、鎳基高溫合金具有硬度高、強(qiáng)度大、耐高溫及耐腐蝕等優(yōu)良特性，被廣泛用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片。為了增強(qiáng)渦輪葉片的散熱能力，通常在葉片上加工一系列的微通孔。但鎳基高溫合金切削力大、切削溫度高、硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，屬于典型的難加工材料。因此，采用納秒脈沖激光制孔技術(shù)加工鎳基高溫合金，該技術(shù)具有制孔速度快、成本低、效率高、變形小、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)。納秒脈沖激光制孔的速度很快，物理機(jī)制復(fù)雜，通過(guò)實(shí)驗(yàn)只能得到制孔結(jié)束后孔的形貌，難以準(zhǔn)確獲得制孔過(guò)程中發(fā)生的

2、具體物理現(xiàn)象。本文通過(guò)數(shù)值模擬的方法，將對(duì)納秒脈沖激光制孔過(guò)程中孔形貌演化，溫度場(chǎng)、流動(dòng)場(chǎng)演化過(guò)程等制孔機(jī)理進(jìn)行研究。主要的工作如下所示：
　　(1)建立DD3鎳基高溫合金納秒脈沖激光制孔模型，該模型可以用來(lái)模擬納秒脈沖激光制孔過(guò)程中三維溫度場(chǎng)、流動(dòng)場(chǎng)的演化過(guò)程，以及孔和再鑄層的形成過(guò)程。通過(guò)典型算例，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了程序及算法的可靠性。
　　(2)開(kāi)展了納秒脈沖激光制孔的數(shù)值模擬研究，得到了DD3鎳基高

3、溫合金不同時(shí)刻溫度場(chǎng)、流動(dòng)場(chǎng)的演化過(guò)程，并研究了脈寬參數(shù)對(duì)于制孔過(guò)程的影響。得到如下結(jié)論：納秒脈沖激光制孔時(shí)，孔內(nèi)溫度很高，孔壁溫度分布不均勻，在孔壁上存在一層細(xì)薄的高溫熔體。反沖壓力是引起熔體流動(dòng)的重要因素，且熔體流動(dòng)速度很大。受表面張力影響，熔體表面會(huì)出現(xiàn)凸臺(tái)和凹陷，導(dǎo)致制孔結(jié)束后孔壁不光滑。再鑄層的形成是由熱和力共同作用下形成的。納秒脈沖激光制孔過(guò)程中，受開(kāi)口處對(duì)流作用的影響，熔體會(huì)在開(kāi)口處富集，導(dǎo)致再鑄層在開(kāi)口處較厚。脈寬對(duì)熔體