拖拉机变速箱端面钻孔专用机床设计（后端面）含8张CAD图
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拖拉机变速箱端面钻孔专用机床设计（后端面）含8张CAD图,拖拉机,变速箱,端面,钻孔,专用,机床,设计,CAD
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分析熔于一冷双组分金属粉末层与恒热流美国，MO65211，哥伦比亚州，哥伦比亚大学，机械与航天工程系 陈铁兵,张钰2005年2月1日收到，2005年7月18日接受，2005年10月11日在网上发表摘要：熔炼一冷双组分金属粉末层进行调查分析. 粉末床考虑的是一个混合两种金属粉末的显着不同的熔点. 收缩所致熔化,是考虑到在物理模型. 温度分布在液体及固体阶段得到利用精确解与积分近似解, 分别. 影响孔隙率,斯特凡数目,而冷的表面温度和固液界面也进行了研究. 目前的工作提供了强有力的基础,对复杂的立体选择性激光烧结( SLS )过程可以 基础. 2005 Elsevier公司有限公司保留所有权利.关键词:熔化; 金属; 粉层 1. 说明直接有选择性的激光 焊接(SLS) 是涌现坚实自由格式制造技术(SFF) 通过哪3-D 分开被修造从基于金属的粉末床以CAD 数据 1 。被制造的层数被创造有选择性地熔化粉末的薄层以扫描激光束。在焊接层数以后, 新层数粉末被放置得相似和3-D 部份可能被建立在层数由层数过程。一张混杂的金属粉末床, 包含二型金属粉末拥有显着不同熔点, 广泛地被使用在金属直接SLS 粉末 2,3 。高熔点粉末从未融解在焊接过程和戏剧中一个重大角色作为支持结构必要避免煮沸的 现象, 哪些是球形的形成与近似激光束的直径。材料分析特殊物质物产和方法基于金属的粉末系统为SLS 应用由Storch 等 4 并且Tolochko 等演讲。 5 。根本问题在直接SLS 周到地被回顾由Lu 等 6 。在近的充分的密度的制造对象从金属粉末, 直接SLS 体会通过熔化和resolidification 被被指挥的激光 导致射线。这是一个好起点调查被简化 1-D 模型得到更好的理解对熔化处理在直接SLS 在一更加复杂之前 3-D 模型被调查。基本熔化和凝固已广泛调查和详细的评语可参。 7.8。熔化烧结的金属粉末,是明显不同于正常熔炼由于体积分数的 天然气在粉末明显降低后熔化. 因此,有相当密度的变化粉末床伴随熔化过程.熔化和凝固一维半无限体密度变化下的边界条件,对第一类已由zckert和德雷克9 ,Crank10 ,并卡斯劳Legates的11和charach和zarmi 12. 命名：cp 比热 (J kg1 K1)hsl 潜热融化或凝固(J kg1)k 导热 (W m1 K1)Kg 因次气体导热Ks 因次有效导热烧粉q00 热流 (W m2)s 固液界面位置 (m)S 量纲固液界面位置s0 位置液面 (m)S0 因次液面位置Sc 冷参数Ste 斯特凡人数t 时间(s)T 温度 (K)w 速度液相 (m s1)W 量纲流速的液相z 坐标 (m)Z 因次坐标希腊符号热扩散(m2 s1) 量纲热扩散 参数区分两种情况下熔化 热穿透深度 (m) 因次热穿透深度 体积气体(安) (孔隙烧粉)因次温度密度(kg m3) 因次时间 体积低熔点粉末粉末混合物 标g 燃气i 初次l 液相m 熔点p 制件s 烧固(混合两种固体粉末)应当指出,在熔化补充下发生的边界条件指定热流而不指明 温度. 古德曼和Shea 13研究熔化和凝固的有限板在指定的热流用 热平衡积分法. 张等. 14调查熔化问题,一冷了半地区遭受恒热流加热. 张等. 15解决熔炼有限板的边界条件中的第二类用一个半确切方法. 收缩形成的,由于密度变化,在凝固过程二维腔数值金泳三和RO 16,他的结论是密度变化发挥着越来越重要的作用比对流的凝固过程. 张和Faghri17求解了溃坝熔化问题,在一个半无限双组份金属粉末床受到一 不断加热热流. 影响孔隙率的固体阶段,初步阻力参数和量纲导热气体的影响. 由于补充了金属粉末其实是一个逐层过程中, 因此,有必要对熔融混合金属粉末床的厚度有限,在补充的过程. 本文 熔化的混合粉末床有限厚度遭受不断加热热流将予以追究. 2. 物理模型物理模型的熔化问题是列图. 1 . 粉末床有限厚度含有两种金属粉末的显着不同的熔点. 起始温度粉末床下面,我的熔点低熔点粉末. 在时间t = 0 ,一恒热流, q00 , 突然适用于顶面粉床 和底部表面的粉末床假定为绝热. 由于起始温度粉末床低于熔点的低熔点粉末 其熔化不同时开始,加上热供暖.只有经过一定时间的预热, 在它的表面温度粉末达到熔点低熔点粉末 将熔化的开始. 粉末与高熔点永远融化在整个过程中. 因此,这个问题可以分为两个问题:一个是热传导预热期间和其他被熔化. 物理模型被视为一个传导控制问题. 在自然对流效应液体地区由于温差不考虑由于温度 最高的是在液体表面并随宜 2.1.时间预热预热期间,纯传导传热发生在粉末混合物. 理事方程以及相应的初始和边界条件的预热问题2.2. 熔化熔化后开始,在液相方面的理事方程：其中W是速度液体表面所诱发的收缩. 因为液体是不可压缩的收缩速度西经Eq. (5) 是受到以下边界条件：理事方程式为固相,其相应的边界条件温度在固液界面满意能量平衡，在固液界面基于质量守恒定律,在固液界面上的收缩速度, W时,固液界面速度,副/药物疗法, 有以下关系17 : 2.3 . 非维管方程确定了以下无量纲变量:非维管方程以及相应的初始和边界条件的预热问题,成为熔化,非维方程和相应的边界条件3. 近似解当顶面的混合金属粉末床受到恒定磁场加热, 热流将穿透的顶面,并进行向下的底部表面. 深度上的热流渗透到瞬间的时间定义为热穿透深度, 以后,便再没有热传导. 古德曼和Shea 13引入一个参数, ， 分类两宗熔炼有限板. 当是大于1 顶部表面温度达到熔点在较短的时间比热穿透深度到达底部 表面上显示一个较短的预热时间. 如果小于1 , 表面温度仍低于熔点时,热穿透深度已达底部表面. 预热持续到顶部表面温度达到熔点低熔点粉末. 参数也可以用表示因次参数定义的情商. ( 13 ) ,即 由此可以看到,价值是由四个基本无量纲参数:斯特凡数Ste, 冷资深参数Sc,有效导热系数的固相KS和体积分数气体ES在固相. 预热和熔炼两个二 1和 1将得到讨论FIG.3 . 影响孔隙的液相表面温度(专题= 0.02 )3.1.1 预热3.1.1. 1当是大于1, 熔化开始在之前渗透深度到达底部和因此, 预热时间, sm, 对应的热量渗透深度、Dm, 和温度发行在时间sm 是 17 那里Eq 。(38) 是表面温度在上面粉末床。熔化的解答温度发行在液体 熔化开始当表面温度粉末床到达低熔化的熔点点粉末。液体层数被形成作为结果熔化, 温度发行不取决于 的价值。它可能是由Eqs 的一种确切的解答获得。(19)-(21) 并且 (24) 17 , 即。那里S0 是液体表面的无维的地点。3.2.2. 温度发行在固体( 1)熔化开始在热涨潮到达底部之前粉末床, 如此问题熔化半无限二组分粉末床。解答为熔化一张无限粉末床包含a 二粒金属粉末混合物由张 17 获得了。温度发行在液体阶段由Eq 测量。(38) 。度发行在坚实区域被获得由 17 , 坚实液体接口的地点并且被获得由 17 , 热量渗透深度满足等式在那时候热量渗透深度到达底下表面, 即, D = 1, 温度发行在固体是图5. 多孔性的作用在液体阶段在液体表面和液体坚实接口的地点(Ste = 0.02) 。热量渗透深度到达对的时间底部, =1, 被获得从当 =1, 问题成为熔化在有限平板。温度发行在固体, hs(Z, s), 并且液体坚实接口地点, S 可能被获得由解决的Eqs 。(22)-(24) 使用积分式近似方法相同与 事例; 1.4.结果和讨论分析解答的检验是由举办结果与数字比较结果被获得从陈和张 20 , 调查二维熔化和resolidification 二组分金属粉末层数在SLS 过程中服从对移动的激光束。为了使用二维代码在Ref 。 20 解决熔化在粉末层数服从了对恒定的热涨潮, 高斯激光束由恒定的热化替换了热涨潮在整个粉末床的上面和 激光 扫描速度调整到零数字解答。参量被使用在本论文是转换成对应的参量在Ref 。 20 为代码检验的目的。比较液体表面和液体的瞬间地点坚实接口由分析和数字获得解答被显示在图2 。它能被看见预热时间由分析获得和数字解答几乎是相同。地点液体表面和液体坚实接口被获得分析和数字解答行动在非常相似趋向。它采取完全地熔化整个的时间粉末层数被获得从分析解答是大约4% 长比那被获得从数字解答。多孔性, 冷资深 的作用, 无维导热性和Stefan 编号在表面液体表面的温度、地点, 和地点粉末床的固液 接口将被调查。图3 展示怎么表面温度被多孔性影响在液体阶段为Ste = 0.02 和几个不同的冷资深 的参量。收缩的作用由固定隔绝冷资深 参量, 固相的多孔性, 和无维的导热性。它能被看见那表面温度增加当多孔性在液体阶段增量。这是因为有效的上升暖流传导性减少随着容量分数的增加气体。当Sc = 0.1, 预热时间是更短的与比较当Sc = 3.0 。作用收缩在表面温度为Ste = 0.15 被显示在图4 。如同我们能看, 多孔性增量液体阶段导致更高的表面温度并且更加高级的Sc 要求更长的预热时间。当Sc = 3.0, 你可能观察期间熔化的过程显著被变短当 Ste 增量从0.02 到0.15 。图5 显示地点 固液 接口和液体表面对应对图3 的条件。坚实液体接口快速地行动当更多气体被驾驶从液体。因而断定对应的地点液体表面移动向下重大由于混杂的金属粉末床的收缩。 固液 接口和液体的地点浮出水面对应于图4 的条件被显示在图6 。多孔性减退在液体阶段并且加速固液 接口的行动和液体表面向下。图7 显示最初冷资深 的作用表面温度为Ste = 0.02 。它能被看见预热时间增加当冷资深 参量, Sc, 被增加从0.1 到0.5 。同样趋向被观察当Sc 增加从1.0 到3.0 。最初冷资深 的作用在表面温度为Ste = 0.15 被显示在图8 。比较对事例Ste = 0.02, 预热时期为 Ste = 0.15 显著被变短。同时, 预热时间为Ste = 0.15 增量当Sc 被增加从1.0 到3.0 。无花果。7(a) 和8(a) 表明更低的液体表面温度可能被获得如果更大的最初的冷资深 的价值被使用; 但是, 这些变动不是明显的从无花果。7(b) 和 8(b) 。图9 显示固液 接口的地点并且液体表面对应于条件图7 。它能被看见在图9(a), 存在更加了不起的最初冷资深 减少移动的速度 固液 接口坚固。在之前热量渗透深度到达底部, 固液 接口宁可慢慢地行动, 液体坚实接口快速地行动在上升暖流以后渗透深度到达了底部。在a 更高的冷资深 的参量, 熔化发生在之后热量渗透深度到达了底部依照被显示在图9(b) 。这些现象的原因是那预热带来平均温度整个粉末床非常紧挨低熔化的粉末的熔点以便熔化的过程能非常迅速进行。关系在之间 固液 接口和液体表面, 然而, 只是同样为所有冷资深 的参量从它依靠气体的容量分数在固体并且液体阶段(参见Eq 。(26) 。地点 固液 接口和液体表面对应对图的条件8 并且被密谋在图10 。一个相似的趋向可能并且被观察在图9 。为了防止烧结部分氧化的空气,苏等. 21使用氩气作为保护气体的粉床. 相比空气,有因次导热Kg=3.7 氩具有更低因次导热对Kg=2.5 . 表面温度不同量纲导热系数在不同的访问是显示图. 11 . 可以看出,预热时间随导热性的气体,是减少两 访问值分别为0.02和0.15 . 但是,两者的表面温度不同的气体是微不足道. 效果因次导热性的气体对所在地的固液界面和液体 面及相应条件的无花果. 11列图. 12 . 当访问 Ste= 0.02速度的固液界面增加时,氩气作为保护气体. 当Ste= 0.15 , 速度的固液界面更快Kg =2.5 前的热穿透深度达到笔 他底部的粉层. 相比于Kg=3.7 所花费的时间的热穿透深度达到底部的粉层较长Kg =2.5 . 一旦热穿透深度到达底部的粉层, 熔化过程既Kg=3.7 ,Kg=2.5 全速自更 热能可以用来供应潜伏的熔化.图6. 多孔性的作用在液体阶段在液体表面和液体坚实接口的地点(Ste = 0.15) 。 图7. 冷资深 的作用在表面温度(Ste = 0.02) 。图8. 冷资深 的作用在表面温度(Ste = 0.15) 。图9. 冷资深 的作用在液体表面和液体坚实接口的地点(Ste = 0.02) 。图10. 冷资深 的作用在液体表面和液体坚实接口的地点(Ste = 0.15) 。图11. 气体无维的导热性的作用在表面温度。5 . 结论 熔炼一冷双组分金属粉末层受到一恒定热流加热调查分析. 收缩所致熔炼,也会一并考虑. 增加的斯特凡数量和货值冷人数加速熔化过程. 熔融的粉层充满氩较低因次导热也是调查,以避免 氧化. 熔炼有限粉末床不同于熔化半无限板自固液界面熔炼 在有限粉末床动作快,在一个半无限板. 物理模型与这个调查结果提供了强有力的基础,而进一步调查的复杂三维 选择性激光烧结( SLS )过程中,可以根据. 鸣谢 支持这项工作由办公室和海军研究公司( ONR )的资助下,一些n00014 - 04 - 1 - 0303非常认同. 参考 1 J.G. 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