典型薄壁结构件CMT电弧增材制造成型技术研究
发布时间：2021-06-23 11:06
薄壁件由于质量轻、结构紧凑等优点,被广泛应用于航空航天、汽车制造等工业领域,同时因其壁厚尺寸小、结构形状不规则等特点,导致薄壁件在传统加工过程中难以保证其成型质量且加工成本高。将增材制造技术与弧焊机器人技术相结合,基于“离散-堆积”的加工原理,采用CMT的焊接工艺,实现薄壁件的电弧增材制造成型,不但可以提高成型效率、降低成本,而且成型精度得到保证。首先在传统的分层算法的基础上,对成型的截面几何模型进行建模并建立分层高度预测的数学模型,计算分层高度的预估值。通过边缘曲线方程计算预制件在Z轴方向上偏移量,进行高度补偿预测,提高分层精度,实现基于高度预测的分层算法优化。针对复杂薄壁件的轮廓曲线引入有理B样条曲线求取焊接轨迹,通过有理B样条函数定义式与有理B样条曲线拟合方法,设计轨迹求取算法,根据预制件三维模型提取轮廓数据建立轨迹曲线方程,自动生成成型路径。然后提出一种快速标定方法:辅助特殊点快速标定法,通过模型预测理论中求得的四元数位姿矩阵,根据向量旋转理论,完成增材制造成型系统的标定。设计离线编程流程图,利用离线编程仿真软件Robotstudio,结合计算出的路径曲线拟合方程进行路径自动提...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２弧焊机器人三维焊接成型金属件??
２００３年美国Ｓｏｕｔｈｅｒｎ?Ｍｅｔｈｏｄｉｓｔ大学Ｏｕｙａｎｇ等人＾对变极性气体鹤极氩弧??焊（ＧＴＡＷ）增材制造成型过程沉积层显微组织和几何特征进行了研宄，并对沉积??层的几何结构和工艺参数之间的关系进行了探讨，考虑的工艺参数包括：焊接速??度、接触角、焊接电流电压、送丝速度等［２９’３°：。搭建了成型系统，成型了?１２０层??４０４３铝合金空心圆柱零件，如图１－５所示。研宄认为，增材制造成型需要对基板??进行预热，并且需要精确控制焊接热输入，同时实时监控焊接弧长，控制焊枪端??部与成型表面之间的距离，采取在前４０层成型时，每层电流减小１Ａ，对比分析??了工艺参数与成型件微观组织结构、几何形状、粗糙度及硬度的关系。??
来源于电弧有规律的不连续，即焊接过程中熔滴的“热－冷－热－冷”的循环过程，??因此显著降低了热输入量［３３］。??２〇〇９年哈尔滨工业大学冯骥才等人［３４：１通过传感和图像分析方法，分析了波??控特性及其液滴过渡过程，建立了电流、电压波形传感系统和视觉传感系统，使??用ＣＭＴ焊接直接成型，研宄了?ＣＭＴ的工艺特性，在纯铝薄板上进行了试验，??结果表明，基于特殊波形控制和辅助反拉力，成型过程非常稳定，可以实现无飞??溉焊接和低热量输入。同时ＣＭＴ的低热输入不仅可以减小纯铝薄板焊接时的挠??曲变形，而且可以提高间隙桥接能力。??２０１２年英国Ｃｒａｎｆｉｅｌｄ大学焊接与激光研宄中心的Ｋａｚａｎａｓ等人’利用ＣＭＴ??弧焊机器人采用全位置焊接方式进行任意角度的薄壁墙体的快速成型，利用机器??人的高自由度，提出了焊枪倾斜方式，可以不借助变位机便可直接成型具有任意??倾角的零件；进行倾斜焊接试验，得到焊接工艺参数与成型质量之间的关系，如??图１－８所示。研宂结果显示采用ＣＭＴ全位置焊接方式在工艺上可以实现任意形??状构件的增材制造成型，可以解决部分大型结构件的在增材制造成型过程中过度??依赖变位装置的难题，并成型了部分典型薄壁件［３６］，如图１－９所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电弧增材制造技术及其在TC4钛合金中的应用研究进展[J]. 杨海欧,王健,周颖惠,王冲,林鑫. 材料导报. 2018(11)
[2]基于电弧增材制造的截面扫描轨迹规划[J]. 孙清洁,桑海波,刘一搏,冯吉才. 焊接学报. 2017(10)
[3]厚板V形坡口机器人填充焊接工艺研究[J]. 李天旭,王天琪,杨华庆,侯仰强. 焊接. 2017(09)
[4]基于快速增材制造关键金属部件组织性能调控的后处理技术及设备探究[J]. 戴煜,李礼,马卫东. 新材料产业. 2017(05)
[5]摆焊参数对焊缝成形的影响分析[J]. 侯仰强,王天琪,李亮玉,李天旭,刘晓辉. 焊接. 2017(03)
[6]基于双机器人协调焊接标定算法[J]. 侯仰强,王天琪,李亮玉,岳建锋,刘晓辉. 焊接学报. 2017(02)
[7]钛合金电弧增材制造技术研究现状及发展趋势[J]. 尹博,赵鸿,王金彪,刘运凤,马洪文. 航空精密制造技术. 2016(04)
[8]铝合金电弧熔积成形机器人增材制造系统[J]. 陈树君,赵昀,肖珺,田宏宇. 焊接. 2016(04)
[9]丝材电弧增材制造技术研究现状与趋势[J]. 耿海滨,熊江涛,黄丹,李京龙,朱志华. 焊接. 2015(11)
[10]铝合金电弧增材制造焊道宽度尺寸预测[J]. 柏久阳,王计辉,林三宝,杨春利. 焊接学报. 2015(09)
博士论文
[1]Ti-V系β钛合金结构稳定性及其塑性变形机制[D]. 王选理.上海交通大学 2015
[2]基于TIG堆焊技术的熔焊成型轨迹规划研究[D]. 胡瑢华.南昌大学 2007
硕士论文
[1]基于CMT的铝合金电弧增材制造（3D打印）技术及工艺研究[D]. 张瑞.南京理工大学 2016
[2]基于三维激光扫描数据隧道变形信息提取[D]. 李祖来.西南交通大学 2016
[3]义齿3D打印技术中分层算法与刀具路径生成策略的研究[D]. 王美茜.吉林大学 2016
[4]大型薄壁件内壁加工方法及加工工艺的研究[D]. 冯佳彬.沈阳理工大学 2016
[5]不锈钢薄板冷金属过渡焊焊接（CMT）工艺研究[D]. 孟庆亮.吉林大学 2015
[6]机器人弧焊增材制造离线编程系统研究[D]. 蒲英钊.哈尔滨工业大学 2014
[7]全铝散热器封头半自动MIG焊接工艺研究[D]. 彭小洋.重庆大学 2013
[8]机器人焊接技术在薄壁钢质特种车辆上的应用研究[D]. 郑国禹.重庆大学 2008
[9]TIG熔焊成型中焊缝几何尺寸的建模与控制[D]. 张光云.南昌大学 2008
[10]基于三维图形仿真的弧焊机器人离线编程及其技术实现[D]. 林君.北京工业大学 2003
本文编号：3244824
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２弧焊机器人三维焊接成型金属件??
２００３年美国Ｓｏｕｔｈｅｒｎ?Ｍｅｔｈｏｄｉｓｔ大学Ｏｕｙａｎｇ等人＾对变极性气体鹤极氩弧??焊（ＧＴＡＷ）增材制造成型过程沉积层显微组织和几何特征进行了研宄，并对沉积??层的几何结构和工艺参数之间的关系进行了探讨，考虑的工艺参数包括：焊接速??度、接触角、焊接电流电压、送丝速度等［２９’３°：。搭建了成型系统，成型了?１２０层??４０４３铝合金空心圆柱零件，如图１－５所示。研宄认为，增材制造成型需要对基板??进行预热，并且需要精确控制焊接热输入，同时实时监控焊接弧长，控制焊枪端??部与成型表面之间的距离，采取在前４０层成型时，每层电流减小１Ａ，对比分析??了工艺参数与成型件微观组织结构、几何形状、粗糙度及硬度的关系。??
来源于电弧有规律的不连续，即焊接过程中熔滴的“热－冷－热－冷”的循环过程，??因此显著降低了热输入量［３３］。??２〇〇９年哈尔滨工业大学冯骥才等人［３４：１通过传感和图像分析方法，分析了波??控特性及其液滴过渡过程，建立了电流、电压波形传感系统和视觉传感系统，使??用ＣＭＴ焊接直接成型，研宄了?ＣＭＴ的工艺特性，在纯铝薄板上进行了试验，??结果表明，基于特殊波形控制和辅助反拉力，成型过程非常稳定，可以实现无飞??溉焊接和低热量输入。同时ＣＭＴ的低热输入不仅可以减小纯铝薄板焊接时的挠??曲变形，而且可以提高间隙桥接能力。??２０１２年英国Ｃｒａｎｆｉｅｌｄ大学焊接与激光研宄中心的Ｋａｚａｎａｓ等人’利用ＣＭＴ??弧焊机器人采用全位置焊接方式进行任意角度的薄壁墙体的快速成型，利用机器??人的高自由度，提出了焊枪倾斜方式，可以不借助变位机便可直接成型具有任意??倾角的零件；进行倾斜焊接试验，得到焊接工艺参数与成型质量之间的关系，如??图１－８所示。研宂结果显示采用ＣＭＴ全位置焊接方式在工艺上可以实现任意形??状构件的增材制造成型，可以解决部分大型结构件的在增材制造成型过程中过度??依赖变位装置的难题，并成型了部分典型薄壁件［３６］，如图１－９所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电弧增材制造技术及其在TC4钛合金中的应用研究进展[J]. 杨海欧,王健,周颖惠,王冲,林鑫. 材料导报. 2018(11)
[2]基于电弧增材制造的截面扫描轨迹规划[J]. 孙清洁,桑海波,刘一搏,冯吉才. 焊接学报. 2017(10)
[3]厚板V形坡口机器人填充焊接工艺研究[J]. 李天旭,王天琪,杨华庆,侯仰强. 焊接. 2017(09)
[4]基于快速增材制造关键金属部件组织性能调控的后处理技术及设备探究[J]. 戴煜,李礼,马卫东. 新材料产业. 2017(05)
[5]摆焊参数对焊缝成形的影响分析[J]. 侯仰强,王天琪,李亮玉,李天旭,刘晓辉. 焊接. 2017(03)
[6]基于双机器人协调焊接标定算法[J]. 侯仰强,王天琪,李亮玉,岳建锋,刘晓辉. 焊接学报. 2017(02)
[7]钛合金电弧增材制造技术研究现状及发展趋势[J]. 尹博,赵鸿,王金彪,刘运凤,马洪文. 航空精密制造技术. 2016(04)
[8]铝合金电弧熔积成形机器人增材制造系统[J]. 陈树君,赵昀,肖珺,田宏宇. 焊接. 2016(04)
[9]丝材电弧增材制造技术研究现状与趋势[J]. 耿海滨,熊江涛,黄丹,李京龙,朱志华. 焊接. 2015(11)
[10]铝合金电弧增材制造焊道宽度尺寸预测[J]. 柏久阳,王计辉,林三宝,杨春利. 焊接学报. 2015(09)
博士论文
[1]Ti-V系β钛合金结构稳定性及其塑性变形机制[D]. 王选理.上海交通大学 2015
[2]基于TIG堆焊技术的熔焊成型轨迹规划研究[D]. 胡瑢华.南昌大学 2007
硕士论文
[1]基于CMT的铝合金电弧增材制造（3D打印）技术及工艺研究[D]. 张瑞.南京理工大学 2016
[2]基于三维激光扫描数据隧道变形信息提取[D]. 李祖来.西南交通大学 2016
[3]义齿3D打印技术中分层算法与刀具路径生成策略的研究[D]. 王美茜.吉林大学 2016
[4]大型薄壁件内壁加工方法及加工工艺的研究[D]. 冯佳彬.沈阳理工大学 2016
[5]不锈钢薄板冷金属过渡焊焊接（CMT）工艺研究[D]. 孟庆亮.吉林大学 2015
[6]机器人弧焊增材制造离线编程系统研究[D]. 蒲英钊.哈尔滨工业大学 2014
[7]全铝散热器封头半自动MIG焊接工艺研究[D]. 彭小洋.重庆大学 2013
[8]机器人焊接技术在薄壁钢质特种车辆上的应用研究[D]. 郑国禹.重庆大学 2008
[9]TIG熔焊成型中焊缝几何尺寸的建模与控制[D]. 张光云.南昌大学 2008
[10]基于三维图形仿真的弧焊机器人离线编程及其技术实现[D]. 林君.北京工业大学 2003
本文编号：3244824
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