金属熔丝成型复合丝材流体动力学特性

摘要

针对影响金属熔丝成型复合丝材质量的流体动力学问题，首先自制3种不同高填充率的17-4PH不锈钢粉末/聚合物复合丝材，并利用快速成型设备进行生坯样件的成型研究，分析了复合丝材的可成型性条件。其次，通过自主搭建的实验平台对成型过程中不同金属粉末填充率熔融复合丝材的压降进行测量，进而分析了相关流体动力学特性参数的实验结果。再次，建立了熔融材料的流体动力学解析模型，完成了相应特性参数的理论解析，通过理论与实验结果的对比，验证了所建解析模型的正确性，阐明了熔融材料流体动力学特性的机理。最后，针对解析模型进行敏感性分析，探究了过程参数对流体动力学特性的影响规律。结果表明：自制的复合丝材可以成型出质量良好的生坯样件；熔融材料的流体动力学特性参数随着金属粉末填充率的增大而逐渐增大；理论与实验结果吻合度较好，验证了解析模型的正确性；在讨论的参数范围内喷嘴直径对熔融材料的流动行为影响最为显著，其次是成型速度，而熔融温度的影响相对最弱。

关键词

机械工程 / 金属熔丝成型增材制造技术 / 17-4PH不锈钢/聚合物复合丝材 / 流体动力学特性 / 解析模型