基于移动高斯热源的激光抛光瞬态有限元三维数值模型

摘要

本研究模拟CO2连续激光器抛光Ti6Al4V材料的工艺过程,利用可移动的高斯热源模拟激光源,建立有限元三位数值瞬态模型进行模拟实验,来模拟TC4材料表面轮廓的融化与凝固过程,该数值模型耦合了温度场与速度场,研究由于表面张力温度系数而产生的表面张力对抛光熔池的影响,通过改变高斯光源的不同功率强度、扫描速度,来分析对抛光过程中形成的熔池的影响,模拟结果表明:当激光热源功率过大时,易造成熔池尺寸过大,不利于降低材料表面的粗糙度,适当降低扫描速度能有效的降低轮廓峰值的温度梯度大小,从而降低表面张力的作用大小,进而改善熔池尺寸与形状.通过实际抛光实验得出:激光的最佳扫描速度维持在20 mm/s左右,扫描速度过小或者过大都会使抛光样品的表面粗糙度值Ra增加,从而达不到理想抛光效果,且通过实验测试值与数值模型计算值相比较,发现两者数据大致吻合,从而证明了该数学模型的准确性.