CN114065419B - 一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法,包括对3D模型进行处理,得到待修复的区域模型;根据平板焊接实验,取其均值,初步确定焊道层高;对区域模型从最底层进行单次切片;根据对填充路径进行设定,包括包络圈路径、内部路径填充方式及其倾斜角度,得到该层的全部堆焊路径,获得该层实际层厚;判断是否使用新的层厚作为切片厚度;收集所有变层厚数据,完成变层厚切片。本发明通过研究包络圈长度与内路径长度之比,也即总路径长度与堆焊面积之比,得出其影响层厚的规律,并将其应用于离线编程***中,以实现精准层厚控制。
Description
技术领域
本发明涉及电弧增材制造技术领域,具体是一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法,该方法适用于在固定工艺参数下,对层厚上的高度差进行计算,通过调整切片厚度,得到高质量的熔覆形状,从而达到对复杂结构件宏观外形及微观性能的双重保证。
背景技术
电弧增材(再)制造是利用电弧堆焊的方式进行失效构件修复、生产制造新构件的常规手段,目前的电弧增材(再)制造以机器人电弧堆焊为主,机器人电弧堆焊效率高、焊接性能稳定、增材成形良好,适用于大型复杂构件的修复和制造。
电弧增材再制造基础流程一般为:第一步、将失效构件的缺陷(如裂纹、疲劳层)进行气刨处理,去除构件的缺陷;第二步、利用扫描仪扫描得到气刨处理后的数模;第三步、将该构件的精准数模与第二步中气刨扫描后的数模进行求差,得到需要增材部分的数模;第四步、将第三步中所得到的增材数模进行分层切片、路径规划;第五步、由第四步所得分层切片规划好路径的数模生成增材制造程序;第六步、通过机器人进行电弧增材堆积修复。
电弧增材(再)制造时,堆焊层厚的控制是影响增材制造性能的关键因素,如果层厚设置高于实际高度,则机器人在制造过程中易产生脉冲极限、撞枪的机械故障或者易产生咬边缺陷;如果层厚设置低于实际高度,则在增材制造过程中易产生未到边、未熔透、缺肉等缺陷。所以对电弧增材(再)制造过程的层厚的准确控制十分重要。
目前,对于电弧增材制造的层厚切片算法主要有两种,一种是等厚切片,即每一层切片厚度都是一个定值,另一种是根据结构件的分型面而确定的变层厚切片算法。这两种方法各有优劣,前者方法简单,但会产生较大的加工余量,造成浪费,后一种算法,保证了结构件的轮廓,但对结构件的外形依赖较大,且算法复杂,易产生偏差。
实际生产中,对于电弧增材制造的层厚确定方法为根据经验获得,通常需要在平面基板上对一组工艺参数进行大量的实验,从而确定单道焊接层高,即切片厚度。但是对于复杂构件,由于包络圈形状的不同和包络圈与填充部分的比例不同,会导致包络圈路径与内路径的搭接率也会随之变化,这种情况会导致在实际堆焊过程中,其单层堆积厚度并不会严格遵守由平板堆焊实验所得到的厚度。因此,通过对分层切片时厚度参数的精准把握,是对实现高质量电弧增材(再)制造控形与保性的基础前提。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题,本发明提供一种大型复杂构件电弧增材(再)制造变层厚切片,精确规划增材(再)制造的层厚,消除电弧增材(再)制造的缺陷。
为实现上述技术目的,本发明采取的技术方案为:
一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法,其中:包括以下步骤:
步骤一、对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行处理,得到待修复的区域模型;
步骤二、根据平板焊接实验,取其均值,初步确定焊道层高h0;
步骤三、将h0作为层厚参数输入到分层切片的软件中,对步骤一处理后的待修复的区域模型进行一次切片,即从最底层对待修复的区域模型进行单次切片;
步骤四、根据对填充路径进行设定,包括包络圈路径、内部路径填充方式及其倾斜角度,得到该层的全部堆焊路径,记为Li,i=1,2,…,n,将每次产生的路径并入到集合Ω中,即Ω={L1,L2,…,Ln};
步骤四、根据最底层的焊接参数及层片几何特征,获得该层实际层厚h;即:
其中,η为熔覆效率,d为焊丝直径,WFS为送丝速度,l为该片层总体路径长度,TS为焊接速度,s为层片沿厚度方向上的堆焊面积均值,计算公式如下:
其中,li为单向路径长度,D为焊道间距,b为外轮廓总长度,w为焊道宽度。
若则该片层在厚度方向上不做处理,保存该层路径到集合Ω中,并在原模型中删除该片层,若/>则把h0更改为h,重复步骤三、四、五,直至切片的片层达到模型最顶层;其中,n%为预定的层厚变更阈值;
步骤六、集合Ω中即为所有层厚较为合理的片层路径,即完成变层厚切片。
为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
上述的n%为5%。
步骤一中,对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行处理的具体方式是:对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行点云的精简与降噪、模具精准数模与扫描模型的布尔求差处理,最后得到待修复的区域模型。
步骤六中,完成变层厚切片的具体方法为:根据集合Ω,逐层得到从最底层开始的切片层厚及其堆焊路径,同时得到删减片层后的待修复的区域模型,将该模型重新导入切片软件,即可完成对复杂结构件模型的变层厚切片。
步骤四中,层片沿厚度方向上的堆焊面积均值s的计算公式为:
其中,li为单向路径长度,D为焊道间距,b为外轮廓总长度,w为焊道宽度。
本发明具有以下优点:
1、大多数大型复杂构件电弧增材再制造时,由于包络圈与内路径之间的搭接距离小于内路径之间的距离,即相同面积时,包络圈部分的堆焊金属多于内路径的堆焊金属,故在相同焊接工艺参数(焊接电压、焊接电流、送丝速度、焊接速度等)时,包络圈部分的层厚高于内路径部分。本发明意在电弧增材再制造时,通过研究包络圈长度与内路径长度之比,也即总路径长度与堆焊面积之比,得出其影响层厚的规律,并将其应用于离线编程***中,以实现精准层厚控制。
2、本方法可以为大型复杂构件电弧增材(再)制造层厚计算提供理论支撑,为工程实践层厚确定提供指导。
3、基于本方法计算得到的层厚较经验获得层厚更加准确、便捷。
附图说明
图1是本发明的流程图;
图2单层切片层相关参数;
图3包络圈长度测量图;
图4内路径长度测量图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
本发明的本发明,即一种大型复杂构件电弧增材(再)制造变层厚切片算法,该算法包含前处理模块、分层切片及路径规划模块、负反馈模块。本发明设计的各方法特征如下:
(1)前处理模块:对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行处理,包括点云的精简与降噪、模具精准数模与扫描模型的布尔求差等处理。
(2)分层切片及路径规划模块:该模块主要是根据在给定工艺参数下,在平板上焊接并对其焊道高度进行测量,求其均值。在确定厚度之后,导入切片软件进行分层,并对不同的层数进行路径规划。
(3)负反馈模块:由于不同的层片下路径规划情况不尽相同,在单层实际堆焊过程中所产生的厚度上的偏差,会对表面成形质量及精度产生极大影响,本模块根据单层总送丝量与该层平均面积的比值,得到实际工况中的层厚,并将此层厚重新导入分层切片机路径规划模块,对模型重新进行切片及路径规划,通过上述两个模块的迭代,逼近某一合理的层厚,从而指导实际生产。
为达到上述目的,本发明提供如下实现方法:
步骤一、对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行处理,得到待修复的区域模型;
步骤二、根据平板焊接实验,取其均值,初步确定焊道层高h0;
步骤三、将h0作为层厚参数输入到分层切片的软件中,对步骤一处理后的待修复的区域模型进行一次切片,即从最底层对待修复的区域模型进行单次切片;
步骤四、根据对填充路径进行设定,包括包络圈路径、内部路径填充方式及其倾斜角度,得到该层的全部堆焊路径,记为Li,i=1,2,…,n,将每次产生的路径并入到集合Ω中,即Ω={L1,L2,…,Ln};
步骤四、根据最底层的焊接参数及层片几何特征,获得该层实际层厚h;即:
其中,η为熔覆效率,d为焊丝直径,WFS为送丝速度,l为该片层总体路径长度,TS为焊接速度,s为层片沿厚度方向上的堆焊面积均值,计算公式如下:
其中,li为单向路径长度,D为焊道间距,b为外轮廓总长度,w为焊道宽度。若则该片层在厚度方向上不做处理,保存该层路径到集合Ω中,并在原模型中删除该片层,若/>则把h0更改为h,重复步骤三、四、五;直至切片的片层达到模型最顶层,
步骤六、集合Ω中即为所有层厚较为合理的片层路径,即完成变层厚切片。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法,其特征是:包括以下步骤:
步骤一、对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行处理,得到待修复的区域模型;
步骤二、根据平板焊接实验,取其均值,初步确定焊道层高h0;
步骤三、将h0作为层厚参数输入到分层切片的软件中,对步骤一处理后的待修复的区域模型进行一次切片,即从最底层对待修复的区域模型进行单次切片;
步骤四、根据对填充路径进行设定,包括包络圈路径、内部路径填充方式及其倾斜角度,得到该层的全部堆焊路径,记为Li,i=1,2,…,n,将每次产生的路径并入到集合Ω中,即Ω={L1,L2,…,Ln};
步骤四、根据最底层的焊接参数及层片几何特征,获得该层实际层厚h;即:
其中,η为熔覆效率,d为焊丝直径,WFS为送丝速度,l为该片层总体路径长度,TS为焊接速度,s为层片沿厚度方向上的堆焊面积均值;
若则该片层在厚度方向上不做处理,保存该层路径到集合Ω中,并在原模型中删除该片层,若/>则把h0更改为h,重复步骤三、四、五,直至切片的片层达到模型最顶层;其中,n%为预定的层厚变更阈值;
步骤六、集合Ω中即为所有层厚较为合理的片层路径,即完成变层厚切片。
2.根据权利要求1所述的一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法,其特征是:所述的n%为5%。
3.根据权利要求1所述的一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法,其特征是:步骤一中,对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行处理的具体方式是:对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行点云的精简与降噪、模具精准数模与扫描模型的布尔求差处理,最后得到待修复的区域模型。
4.根据权利要求1所述的一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法,其特征是:步骤六中,完成变层厚切片的具体方法为:根据集合Ω,逐层得到从最底层开始的切片层厚及其堆焊路径,同时得到删减片层后的待修复的区域模型,将该模型重新导入切片软件,即可完成对复杂结构件模型的变层厚切片。
5.根据权利要求1所述的一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法,其特征是:步骤四中,层片沿厚度方向上的堆焊面积均值s的计算公式为:
其中,li为单向路径长度,D为焊道间距,b为外轮廓总长度,w为焊道宽度。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109262110A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-01-25 | 南京衍构科技有限公司 | 一种金属电弧增材制造方法 |
CN110039155A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-07-23 | 南京英尼格玛工业自动化技术有限公司 | 一种采用mig/mag作为热源的双金属电弧增材制造方法 |
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CN112692400A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-23 | 重庆邮电大学 | Tig电弧増材成形时变参数定距自适应控制方法 |
CN113042858A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-06-29 | 华东理工大学 | 一种自适应调参的电弧增材制造方法及*** |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109262110A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-01-25 | 南京衍构科技有限公司 | 一种金属电弧增材制造方法 |
CN110039155A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-07-23 | 南京英尼格玛工业自动化技术有限公司 | 一种采用mig/mag作为热源的双金属电弧增材制造方法 |
CN110883403A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-03-17 | 华中科技大学 | 一种用于电弧增材制造的焊道建模方法、设备及*** |
CN112692400A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-23 | 重庆邮电大学 | Tig电弧増材成形时变参数定距自适应控制方法 |
CN113042858A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-06-29 | 华东理工大学 | 一种自适应调参的电弧增材制造方法及*** |
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热锻模3D打印制造与再制造技术及其装备的研发和应用;夏巨谌;胡洪斌;赵海涛;邓庆文;邓磊;李中伟;余圣甫;;锻压技术;20200819(08);全文 * |
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电弧增材制造分层算法与路径规划方法研究;李冉;《中国优秀硕士学位全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20190131;B022-1655 * |
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