水冷条件下WAAM温度场的数值模拟研究

陈克选^1,2，王向余^1,2，李宜炤¹，陈彦强¹，杜茵茵¹

1. 兰州理工大学材料科学与工程学院2. 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室

摘 要：针对熔化极丝材电弧增材制造（Wire arc additive manufacturing, WAAM）过程基板散热条件差导致热积累严重的问题,采用基板背面加水冷铜板的散热方式改善增材过程的散热,利用Abaqus软件分别模拟了有无水冷两种条件下增材时温度场的变化规律,并对模拟过程进行实验验证。结果显示,实验条件下基板测量点热循环曲线与模拟结果基本一致。有无水冷两种条件下基板温度均在第七层时达到最大;基板上高温区域扩展面积最大,基板在水冷条件下的冷却速率远大于无水冷条件下的冷却速率,且"双峰"效应较为明显。堆积第一层至第七层时,有无水冷两种条件下各层平均温度梯度逐渐减小,但前者始终大于后者,熔池体积不断变大。第七层至第十层时,成型件热积累接近饱和状态,此阶段成型件最易发生严重塌陷。

关键词：水冷条件;WAAM温度场;数值模拟;温度梯度;