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专利号: 2022112612041
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2025-05-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于电弧增材制造锐角特征的搭接熔积成形工艺参数优化方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:S1:单焊道锐角路径调整为圆弧路径;

S2:建立多焊道锐角搭接模型;

S3:求解多焊道临界搭接角;

S4:当锐角大于等于临界搭接角时,使用调整后的圆弧行走路径进行锐角搭接;

S5:当锐角小于临界搭接角时,采用一种“外层焊道路径行走速度+内层焊道行走路径+内层焊道行走速度”的复合路径优化方法。

2.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材制造锐角特征的搭接熔积成形工艺参数优化方法,其特征在于,所述步骤S1中单焊道行走路径的调整:将锐角路径简化为圆弧,D为圆弧直径,l1、l2为圆弧路径上任意两点的等效曲率半径,l1+l2=D,即圆弧处任意两段焊道等效中心距始终为D。

3.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材制造锐角特征的搭接熔积成形工艺参数优化方法,其特征在于,所述步骤S2中单层多道锐角搭接模型:L1、L2、L3、L4分别为第一条外层焊道行走路径,第二条内层焊道外轮廓,第一条外层焊道内轮廓、第二条内层焊道行走路径。

4.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材制造锐角特征的搭接熔积成形工艺参数优化方法,其特征在于,所述步骤S3中求取临界搭接角:当顶点填充不足时,存在某个临界角度,第一条外层焊道内轮廓顶点与第二条内层焊道外轮廓顶点相交于一点,将此时的焊道锐角定义为临界搭接角θ,第一条外层焊道内轮廓与第二条内层焊道外轮廓相较于一点N,M为未调整行走路径时第一条外层焊道行走路径锐角顶点,O为未调整行走路径时第二条内层焊道行走路径锐角顶点,P为调整后的第二条内层焊道行走路径的圆弧路径顶点,K为调整后的第二条内层焊道行走路径的圆弧路径所对应的圆心。

5.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材制造锐角特征的搭接熔积成形工艺参数优化方法,其特征在于,所述步骤S4当锐角角度大于临界搭接角时,将锐角路径简化为圆弧,D为圆弧直径,l1、l2为圆弧路径上任意两边的等效曲率半径,l1+l2=D,即圆弧处任意两段焊道等效中心距始终为D。

6.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材制造锐角特征的搭接熔积成形工艺参数优化方法,其特征在于,所述步骤S5当锐角角度小于临界搭接角时,通过调整“外层焊道路径行走速度+内层焊道行走路径+内层焊道行走速度”来改善锐角处焊道填充不足的缺陷。

7.根据权利要求1所述的一种基于电弧增材制造锐角特征的搭接熔积成形工艺参数优化方法,其特征在于,所述步骤S5中复合路径优化方法具体过程如下述:步骤一,外层焊道路径行走速度调整:

首先建立单焊道锐角搭接模型:将锐角处的行走路径分为两部分,即驶入路径和驶出路径,AB为焊道中心到锐角角平分线的距离,锐角自重叠区域定义为相邻路径中心距小于焊道宽度的区域,A到路径锐角的实时距离为LA,单焊道横截面轮廓用抛物线函数来表示,焊道锐角角度为θ,焊道宽度为w,高为h,理想条件下,行焊道自重叠部分为平整的面;

AB大于d/2时,d为理想搭接间距,焊枪匀速行走,假设行走速度为TS,当AB小于d/2时,通过调节行走速度来避免过多的材料堆积而引起的较大的形状误差,以理想条件下锐角处的材料体积为设计量,行走速度TS随LA变化如式所示:步骤二:内层焊道行走路径调整:

内层焊道行走路径调整具体方法:在角平分线上到内层焊道驶入路径距离为d/2处取一点B,此时L4上对应的垂足点为C,其中C为驶入路径转折点,D、E、F分别为垂线与L3、L2、L1* *的交点;LA为D到Q的距离,LA=0.375w/tan(θ/2),将点C与第一条路径内轮廓顶点Q连接得到新的路径,新路径长为LC,与L2的夹角为α,驶出路径部分类似,转折点坐标为Co,则由图中*几何关系可知LC=LA/cosα,假设焊枪行走过程中L2上对应点到Q的实时距离为LA,此时BQ、DQ上所对应的点为Bt、Dt;

步骤三:内层焊道行走速度调整:

通过控制锐角处理想状态下焊道部分对应的材料体积来调整行走速度,成形过程中送丝机保持匀速送丝,单位时间内焊枪行走速度与内焊道横截面面积成反比,行走过程中重叠部分轮廓曲线是不断变化的,模型外轮廓曲线较为复杂,为了方便计算,对重叠处焊道进行简化,假设焊道过渡区域为平面,且两条焊道材料均匀分布,简化后对应的焊道高为ht;

模型横截面不变,因此有:

求解得:

由简化后锐角处搭接的几何关系可知,当LA=0时,模型重叠区内层焊道,横截面面积计算过程如下式所示:lOG长度计算过程如下式所示:

因为焊枪行走速度与内焊道横截面面积成反比,因此Q点处,即LA=0,焊枪瞬时行走速度TSQ计算过程如下式所示:已假设焊道过渡区域为平面,且两条焊道材料均匀分布,因为焊道高度相等,因此焊枪行走速度与简化后的内焊道矩形截面宽成反比,进一步地,焊枪实时行走速度 可以表示为:由几何关系可知cosα=lCQ/lBQ,可进一步化简为:

锐角内层行走速度沿调整后的路径分布,焊枪行走速度在与Q距离为LC时开始变化,与距Q点距离的减小呈非线性增加,在Q点处瞬时速度接近6TS,驶出过程与驶入路径速度变化趋势相反,且呈轴对称分布,LC由锐角角度决定,不同锐角下路径对应行走速度不同,但变化趋势一致。