針對刮板輸送機(jī)鏈輪在工作過程中磨損過快的問題,提出采用電弧增材制造技術(shù)在鏈窩表面增材一定厚度的高硬度耐磨損層。對比目前各種電弧增材工藝,確定熱輸入低、沉積速率大的CMT（Cold Metal Transfer）技術(shù)作為工藝方法,利用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動化堆敷過程。建立了CMT增材制造試驗(yàn)系統(tǒng),包括:6自由度弧焊機(jī)器人、CMT焊接系統(tǒng)、參數(shù)采集及控制計(jì)算機(jī)等。機(jī)器人與焊接系統(tǒng)通過Rob5000模塊進(jìn)行通訊,計(jì)算機(jī)和機(jī)器人之間利用Motocom32通訊。根據(jù)工藝要求,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的工裝夾具以及預(yù)熱裝置。試驗(yàn)材料為鏈輪常用的42Cr Mo鋼,焊接材料為GFC-103耐磨藥芯焊絲。開展了CMT增材制造工藝試驗(yàn),研究了送絲速度、焊接速度與送絲速度比值和預(yù)熱溫度與堆敷層宏觀成形、稀釋率、界面結(jié)合強(qiáng)度和堆敷層硬度之間的規(guī)律。結(jié)果表明:在不出現(xiàn)裂紋的情況下,選擇較低的預(yù)熱溫度和送絲速度以及較高的焊接速度更利于得到優(yōu)異的成形質(zhì)量和性能指標(biāo)組合。在此基礎(chǔ)上分別針對鏈窩堆敷過程中的平、橫、立等位置進(jìn)行了小熱輸入工藝試驗(yàn),確定了適用于鏈窩曲面的最優(yōu)成形規(guī)范。同時針對堆敷層邊緣不齊及起弧和熄弧對成形的影響,提出了輪廓偏... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鏈窩曲面

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文5用激光3D打印技術(shù)進(jìn)行增材制造，如圖1-5所示，首先對磨損后的鏈輪與標(biāo)準(zhǔn)鏈輪進(jìn)行掃描獲得點(diǎn)云，進(jìn)而求得其相應(yīng)的磨損量，隨后對磨損量進(jìn)行平面分層切片，生成增材路徑進(jìn)行修復(fù)。a)待修復(fù)區(qū)域b)平面分層示意圖1-5待增材部分及其平面分層切片[23]1.3電弧增材制造技術(shù)（WAAM）研究現(xiàn)狀電弧增材制造技術(shù)（WireArcAdditiveManufacture,WAAM）采用電弧作為加熱熱源，熔化金屬焊絲，按照特定的路徑方案打印出所需形狀和尺寸的零件。與粉體增材制造工藝相比，WAAM具有更高的沉積速率和材料利用率；相對于高能束增材方法，WAAM對鋁、銅合金等對激光反射率高的材質(zhì)不敏感，成本低廉，化學(xué)成分均勻，成形環(huán)境開放且無尺寸限制，成形效率高，可達(dá)每小時數(shù)公斤，適用于大尺寸復(fù)雜構(gòu)件高效快速成形。但由于熔滴過渡不連續(xù)穩(wěn)定，電弧對熔滴和熔池的干擾，使得焊道表面波動較大，成形質(zhì)量較低，并且由于熱輸入存在導(dǎo)致堆積后存在較大殘余應(yīng)力和變形，影響構(gòu)件力學(xué)性能和幾何精度，并且這一過程難以控制。綜上原因，對于電弧增材制造過程中的焊道成形質(zhì)量的控制顯得尤為困難[24]。電弧增材制造是由TIG、MIG、SAW焊接技術(shù)上發(fā)展而來。上世紀(jì)70年代，Ujiie等[25]使用不同的焊絲，采用SAW和TIG工藝，堆敷了外壁為梯度材料的壓力容器。德國的Kussmaul[26]等利用SAW堆積了一個大型的罐狀容器，成形速度達(dá)到80kg/h，并且具有良好的抗拉強(qiáng)度和韌性。到上世紀(jì)90年代，英國的Ribeiro提出“基于金屬材料快速成形技術(shù)”的概念，Spencer等[27]將GMAW焊槍固定在六軸機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了零件快速制造，奠定了電弧增材制造的基矗近幾年，伴隨著3D打印等名詞的大火，對于WAAM的研究也得到了迅猛發(fā)展。在增材制造過程中，能量輸入、電

?蠼閑。??恿榛釷視謾５?芻??霾墓ひ杖仁淙氪螅?鄣喂?煞山?洗笄?不穩(wěn)定，起弧和熄弧對焊道成形影響較大，因此對于GMA增材制造技術(shù)的研究一直是近幾年的熱點(diǎn)。GrafM等人[34]利用MSC.Marc軟件分別對G4Si1材料和AZ31材料在鋼和鎂合金基板上增材過程進(jìn)行模擬，重點(diǎn)分析了送絲速度和焊接方向（單向和連續(xù)焊接）對于多層墻體溫度演變的影響，發(fā)現(xiàn)連續(xù)焊接時溫度分布更均勻，得到墻壁成形更加均勻。類似地，OginoY等[35]人通過數(shù)值計(jì)算結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，分析了道間冷卻條件、熱源運(yùn)動形式對于堆積成形的影響，得到如圖1-7的結(jié)果。LeiY[36]等建立了堆積過程三維瞬態(tài)模型，發(fā)現(xiàn)在堆積過程中，隨著冷卻時間的增加，堆敷層最大溫度梯度增加。但在進(jìn)行到第四層之后，最大的溫度梯度與堆敷層高度關(guān)系不大，并且每次冷卻至室溫后得到的最大溫度梯度較為穩(wěn)定。XiongJ[37]對多層單道GMA增材過程中引弧區(qū)和熄弧區(qū)的焊道成形進(jìn)行了分析，針對封閉路徑，為彌補(bǔ)高差提出了在同一層疊加起弧區(qū)和熄弧區(qū)的策略；針對開環(huán)路徑，提出了采用交替沉積方向的控制策略，若不能改變方向，提出了相應(yīng)的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)方案。圖1-7冷卻控制、焊槍運(yùn)動方向?qū)τ趬Ρ诔尚蔚挠绊慬35]冷技術(shù)過渡（CMT）技術(shù)是在短路過渡的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了電流的精確控制和協(xié)調(diào)送絲控制，使得整個熔滴過渡過程無飛濺，更重要的整個過程熱輸入低，具有高熔敷率和低稀釋率的特點(diǎn)，適用于堆焊過和薄板焊接。馮吉才[38]針對純鋁薄板進(jìn)行了研究，得到整個CMT焊接過程中的電流電壓波形曲線和熔滴過渡圖像，發(fā)現(xiàn)CMT實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的熔滴過渡過程，焊后表面無飛濺且搭橋能力和成形性能優(yōu)異。Pinkin和Young[39]得到類似的波形曲線，同時根據(jù)其高熔敷率和低稀釋率


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