【摘要】：電弧增材制造技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為模具修復(fù)及再制造提供了新思路,采用該技術(shù)修復(fù)及再制造模具能夠?qū)崿F(xiàn)修復(fù)過(guò)程自動(dòng)化,提高生產(chǎn)效率,同時(shí)節(jié)約大量焊材。但目前該技術(shù)仍停留在基礎(chǔ)理論研究和初步實(shí)驗(yàn)探索階段,尚無(wú)法真正運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐。為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的成功運(yùn)用,本文針對(duì)電弧增材制造成形系統(tǒng)設(shè)計(jì)及成形規(guī)律等方面進(jìn)行了研究。首先基于冷金屬過(guò)渡技術(shù),設(shè)計(jì)搭建了電弧增材制造成形系統(tǒng)。系統(tǒng)以KUKA機(jī)器人及Fronius數(shù)字化焊機(jī)為主要硬件設(shè)備,實(shí)現(xiàn)焊接成形過(guò)程穩(wěn)定、高效、柔性的總體要求;以Mastercam及3D Automate集成軟件系統(tǒng),采用“反銑削法”實(shí)現(xiàn)了電弧增材制造成形路徑的快速生成。同時(shí)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的機(jī)器人程序轉(zhuǎn)換模塊,通過(guò)離線編程的方式控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步基于Mastercam進(jìn)行多層單道、單層多道及多層多道焊縫堆積路徑規(guī)劃研究,得到其各自的路徑生成方式及相關(guān)成形策略。對(duì)于多層單道非封閉路徑和封閉路徑,分別采用兩側(cè)抬升和傾斜抬升的方式來(lái)提高成形零件在抬升處的平整度;對(duì)于單層多道焊縫,采用單向切削和雙向切削生成的路徑所成形的焊縫平面較為平整。采用不同材料對(duì)不同結(jié)構(gòu)的金屬零件進(jìn)行電弧增材制造成形實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了路徑生成方式的有效性及路徑規(guī)劃結(jié)果的可行性。通過(guò)分析不同工藝條件下的焊縫成形形貌,得到了熱作模具鋼單道焊縫合理工藝參數(shù)區(qū)間。進(jìn)而研究焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫尺寸的影響,結(jié)果表明:在其他條件一定的情況下,隨著焊接電流的增加,成形寬度顯著增加,成形高度略微增加;隨著焊接速度的增加,熔寬和成形高度均減小。此外,通過(guò)二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方法建立了焊接工藝參數(shù)和焊縫成形尺寸之間的二次回歸方程,為電弧增材制造過(guò)程中零件造型分層切片及路徑生成提供依據(jù)。最后,采用模具修復(fù)專(zhuān)用藥芯焊絲分別對(duì)長(zhǎng)方體零件、梯形體零件及曲軸模擬件進(jìn)行電弧增材制造實(shí)驗(yàn),零件整體成形與設(shè)計(jì)預(yù)期基本相符,但表面精度總體較低。成形件在拉伸強(qiáng)度、沖擊韌性、硬度等方面均不低于手工堆焊成形件的90%,基本滿(mǎn)足使用要求,驗(yàn)證了采用電弧增材制造修復(fù)及再制造失效模具的可行性。
【圖文】：

器人加以計(jì)算機(jī)程序輔助進(jìn)行增材制造可以精確控制成形精度和焊接過(guò)程自動(dòng)化、快捷化、智能化，同時(shí)節(jié)約大量焊接材料，提高生產(chǎn)效率。材制造成形系統(tǒng)搭建是采用該技術(shù)進(jìn)行失效模具修復(fù)的前提條件，成形究則是保證堆積金屬成形質(zhì)量良好的關(guān)鍵。為此，本文針對(duì)電弧增材制路徑規(guī)劃方面進(jìn)行探索研究，同時(shí)采用模具堆焊專(zhuān)用藥芯焊絲進(jìn)行電弧。本文研究成果將為實(shí)現(xiàn)采用電弧增材制造技術(shù)修復(fù)熱作模具提供理論金屬材料電弧增材制造的實(shí)際應(yīng)用。制造技術(shù)造技術(shù)的出現(xiàn)最早可以追溯到 20 世紀(jì) 80 年代，主要運(yùn)用于原型制造形理念上突破了以往采用鍛壓、銑削等“減材”方式生產(chǎn)制造零件的局眾多的研究機(jī)構(gòu)和科學(xué)研究者的廣泛關(guān)注。作為一種新興的先進(jìn)制造技種先進(jìn)技術(shù)的集成，涉及到包括材料科學(xué)、精密機(jī)械、激光技術(shù)、計(jì)算增材制造技術(shù)基本的工作流程如圖 1.1 所示。

圖 1.2 金屬零件快速成形系統(tǒng)[32]外，該校的 Wang Huijun 等[33]則基于變極性鎢極惰性氣體保護(hù)焊設(shè)計(jì)了一種金屬成形系統(tǒng)。該系統(tǒng)將焊槍固定在變位機(jī)附屬軸上進(jìn)行焊接，操作簡(jiǎn)單且成本較低過(guò) CCD 攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)零件成形過(guò)程中電弧弧長(zhǎng)的在線監(jiān)控，通過(guò)反饋實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)絲速度等工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)對(duì)焊接電弧的監(jiān)控作出相應(yīng)工藝參數(shù)的調(diào)整程更穩(wěn)定，成形件的精度也更高。98 年，韓國(guó)的 Song 等為提高零件的成形精度，，同時(shí)采用 CNC 加工系統(tǒng)和熔化極備，設(shè)計(jì)了焊接與銑削相結(jié)合的快速成形系統(tǒng)，具體裝置如圖 1.3 所示。此方法勢(shì)，在加工過(guò)程中同時(shí)兼顧成形效率與成形精度。此外他們還進(jìn)行了焊接工藝的究了不同焊接工藝參數(shù)對(duì)焊道成形形貌的影響[35~36]。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TG444;TH16

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2539813