為解決采用人工堆焊修復(fù)熱鍛模具時(shí),精確尺寸難以控制、加工余量大造成的焊材浪費(fèi)、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣、鍛模組織性能穩(wěn)定性差等問題,提出采用自動(dòng)化電弧增材制造技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工堆焊,充分發(fā)揮失效鍛模作為再制造基體的低成本優(yōu)勢(shì)和自動(dòng)化電弧增材制造技術(shù)的精確性優(yōu)勢(shì),具有廣闊的應(yīng)用前景。該方法在國內(nèi)起步較晚,其成形精度和自動(dòng)化水準(zhǔn)都與國外先進(jìn)水平存在較大差距,包括電弧增材工藝參數(shù)優(yōu)化、復(fù)雜構(gòu)件分層切片算法、填充路徑軌跡規(guī)劃方法等關(guān)鍵核心技術(shù)有待突破。本文以失效的曲軸熱鍛模具自動(dòng)化電弧增材再制造過程為研究對(duì)象,對(duì)焊接工藝參數(shù)與焊縫形狀映射關(guān)系、電弧增材制造分層切片及填充路徑規(guī)劃方法等關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究,并進(jìn)行了曲軸模具的自動(dòng)化電弧增材再制造試驗(yàn)。論文主要的研究工作有以下幾點(diǎn):（1）針對(duì)能夠直接影響電弧增材制造效率和質(zhì)量的焊接工藝參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的焊縫形狀,以直徑1.2mm的CD645牌號(hào)焊材開展了自動(dòng)化平板電弧增材制造實(shí)驗(yàn),確定了焊接工藝參數(shù)范圍,并統(tǒng)計(jì)了對(duì)應(yīng)的焊縫形狀數(shù)據(jù)。進(jìn)而,訓(xùn)練出了預(yù)測及泛化能力良好的的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)容。（2）針對(duì)現(xiàn)有方法難以得到目標(biāo)焊縫形狀對(duì)應(yīng)的最優(yōu)工藝參數(shù)... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：104 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

發(fā)生嚴(yán)重塑性變形的某飛機(jī)高強(qiáng)鋼起落架鍛模:（a）模壓2件后的鍛模型腔壓塌變形

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文2模鍛壓機(jī)能否有效應(yīng)用、能否用得起的關(guān)鍵瓶頸，也是影響我國高端裝備（如飛機(jī)）制造成本及核心競爭力的關(guān)鍵，是當(dāng)前迫切需要解決的難題。為此，已開展了如下研究工作：首先，為解決大型鋁合金鍛模制造成本高、壽命低的問題，基于“好鋼用在刀刃上”的理念，在制備好的低成本鑄鋼基體上，通過人工堆焊技術(shù)，將具備耐高溫、抗變形、耐磨損性能的優(yōu)質(zhì)材料增材于模具型腔表層上，發(fā)明了“鑄鋼基體雙金屬梯度堆焊制備大型鍛模新方法”（發(fā)明專利號(hào)：ZL200910104604X）[6]，其原理如圖1.2所示：圖1.2基于鑄鋼基體的雙層金屬堆焊制備鍛模的方法原理圖Fig.1.2Thebimetal-gradient-layersurfacingtechnologybasedoncastingsteel該方法采用低成本鑄鋼作為基體，在鑄鋼基體上人工堆焊出強(qiáng)度硬度梯度上升的過渡層和強(qiáng)化層，從而大幅降低模具整體制造成本、有效提高鍛模型腔工作層在高溫下的耐磨損、抗變形能力[7]。該方法的研究成果已應(yīng)用于鋁合金鍛件用大型鍛模制造和再制造（以失效模具為基體，進(jìn)行人工操作的雙金屬梯度層堆焊修復(fù)），并擴(kuò)展應(yīng)用于汽車曲軸鍛件用中小型鍛模制造和再制造，可降低鍛模制造成本30%以上，提高模具壽命0.5-10倍以上（數(shù)據(jù)分別來源于普通鋼制鍛件和鋁合金鍛件用鍛模）[8-10]。研究成果已在中國二重集團(tuán)、西南鋁業(yè)集團(tuán)、重慶大江杰信鍛造有限公司等知名企業(yè)推廣應(yīng)用，如圖1.3所示：A:強(qiáng)度硬度過渡層；B:高強(qiáng)度高硬度強(qiáng)化層；C:模具型腔輪廓線；D:鑄鋼基體

1緒論3(a)(b)圖1.3在重慶大江杰信鍛造有限公司（a）和西南鋁業(yè)集團(tuán)（b）應(yīng)用的鑄鋼基體鍛模Fig.1.3ForgingdieswithcastingsteelsubstrateusedinChongqingdajiangjiexinforgingCo.,Ltd(a);andSouthwestaluminiumindustryGroupCo.(b)其次，為解決難變形材料（如鈦合金、高強(qiáng)度鋼等）成形時(shí)大型鍛模制造成本高、壽命極低問題，基于前期鋁合金用鑄鋼基體堆焊制造鍛模的研究基礎(chǔ)，為保護(hù)鑄鋼基體的安全，提出了一種基于鑄鋼基體的大型鍛�！皧A心層”制造新方法（發(fā)明專利號(hào)：ZL201510171656.4）[11]，其原理如圖1.4所示，即在鑄鋼基體與過渡層之間堆焊一層封閉的軟質(zhì)“夾心層”焊材，在高壓下允許“夾心層”發(fā)生一定變形，模具型腔承受的楔形分布峰值應(yīng)力迅速擴(kuò)散衰減，并以近似均勻分布應(yīng)力傳遞到鑄鋼基體上，避免峰值應(yīng)力過高導(dǎo)致鑄鋼基體產(chǎn)生破裂造成鍛模整體斷裂失效。圖1.4鑄鋼基體“夾心層”梯度連接制備大型鍛模新方法原理圖Fig.1.4Themultiple-layersandwichedsurfacingtechnologybasedoncastingsteel圖1.5所示為采用鑄鋼基體“夾心層”梯度連接新方法制備的大型鍛模和鍛造出的合格的某型號(hào)飛機(jī)鈦合金吊尾框鍛件，模鍛后鑄鋼基體完好無損，未發(fā)現(xiàn)任何變形及裂紋。試驗(yàn)表明，該方法有效的保護(hù)了鑄鋼基體的承壓安全，避免了峰值應(yīng)力可能導(dǎo)致鑄鋼基體產(chǎn)生裂紋失效的問題。A：鑄鋼基體；B：應(yīng)力擴(kuò)散“夾心層”；C：強(qiáng)度硬度過渡層；D：表面耐高溫強(qiáng)化層；E：模具型腔輪廓線

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