失效零件几何形貌检测与激光熔覆可修复性研究

发布时间：2020-10-24 09:55

　　 随着逆向工程技术和激光熔覆再制造修复技术的快速发展,激光熔覆作为绿色再制造技术的关键技术之一,被已被广泛应用在在航空,石化等领域。失效零件的破损区域提取是激光熔覆机器人实现智能路径规划的基础,其研究具有重要意义。由于不同工业生产制造领域零件的失效形式是不一样,对其进行熔覆修复,需要根据具体零件情况进行可修复性评价制定可修复的依据,零件破损区域的前处理工作及待修复部分三维扫描提取及其几何重构还不是很成熟,修复区域的轨迹规划都是需要进一步研究的问题,其次在熔覆的过程设备的自动化控型控性工艺,根据零件实际情况熔覆材料的选择及熔覆工艺参数的选取,到最后后处理及熔覆结果的可行性评价方式方法,都是需要后面进一步的解决和优化。本文围绕着失效零件破损区域提取方式方法及激光熔覆再制造破损零件可修复性进行研究,主要研究工作如下:1)在对破损零件损伤类别进行分类的基础上,提出了基于曲率阈值和法矢夹角阈值的表面浅层类损伤边界特征提取以及基于3D比较和布尔运算局部深层类损伤区域提取,并对深层破损区域提取两种方法进行了对比。2)对激光熔覆再制造可修性研究方法方法进行了总结和应用,在工艺试验和实际再制造修复零件的过程中,结合传统熔覆质量检测和无损检测相结合的方式,来进行可修复性研究。3)复杂失效曲面模具修复研究。对复杂曲面浅层损伤模具进行损伤边界提取的同时,对其轨迹规划进行了研究。对采用点云切片技术和切三角面片生成熔覆加工路径进行对比选优,利用等弓高来稀疏加工点进而来计算熔覆加工插补点,利用NURBS曲面拟合分析曲面微分几何特性,求取加工点的法矢,进而获取激光枪头运行轨迹。4)对单层及多层熔覆工艺试验进行了研究。为了完成对破损零件的修复,对多层熔覆进行了扫描方式及多层梯度材料制备等工艺研究,得到较好成形效果,在此基础上同时对橡胶挤压轴和破损齿轮的进行修复试验分析研究,为实际有价值零件的修复提供了一定的参考价值。
【学位单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH161.12;TG665
【部分图文】：

1.1 研究背景及意义1.1.1 再制造行业的发展现状二十一世纪是一个以知识为基础环保意识的日益增加的时代，许多国家正在推行与这些趋势相一致新政策和新的生产概念。最近，对环保和节能生产的兴趣在回收，再利用和再制造技术上一直在增加。其中一种环保型生产方法，即再制造，被定义为将生命周期终止的产品和零件作为新产品进行再商业化的一系列过程[1-2]。各种再制造市场已经存在于世界各地，根据技术水平和国家政策，再制造市场的规模和类型因国家不同而有所不同，有环球市场分析的再制造汽车零部件市场规模到 2020 的时候将达到约 1398 亿美元[3-4]。再制造必须面向较高的附加值的复杂零件，由于其结构复杂，加工难度大耗时长且对设备具有高要求等因素导致零件的成本比较高，因此其具有较高的再制造价值，比如像复杂曲面的特征的模具零件，齿轮及轴类零件等（图 1-1）。

性能 各种性能涂层达到或接近基材水平低于基材水平达到或超过基材水平大面积修复 容易 困难 困难 容易立体修复 困难 容易 困难 容易自动化程度 自动化程度较高 自动化程度不高 自动化程度不高 精密可控成形热影响区 小 大 小 小稀释率 低 高 低 低变形 小 大 小 很小修复效率 高 低 低 高激光熔覆技术是激光再制造的基础，是一种先进的表面改性技术，其以同步送粉或预置送粉为方式，将材料粉末送至到基体的表面，然后通过与高能激光束相互作用，在基体形成冶金结合，形成高性能熔覆层的绿色加工技术，原理图如图 1-2 所示。激光熔覆技术具有对基体影响变形小，基体和熔覆层结合效果好，组织致密微观缺陷少，实用的范围广，熔覆材料可选择多，耗材少等特点[5-10]。

等基本都达到了先前的性能甚至超过。同时在矿山石油领域，其各种失效复杂轴类及钻头等零件可通过激光熔覆技术来加以修复，使它们在超负荷和高腐蚀的环境能够高速且长时间的稳定[18-22]。激光熔覆再制造修复流程如图 1-1 所示。首先，对损坏的零件分析其可修复性价值失效损伤情况，然后分析其使用的环境条件，同时再进一步分析其本身材质的主要元素组成，然后选取最优熔覆修复工艺参数及覆层材料粉末，以保证熔覆加工过程的可行性，对修复部分进行拆解和及加工处理，发现可熔覆失效损伤的位置，然后提取损伤区域，对机器人的熔覆轨迹规划进而进行熔覆再制造试验，对修复好区域进行质量检测，最后在进行精机加工和成品的检测。
【参考文献】

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本文编号：2854316