无支撑悬垂结构电弧增材制造工艺研究

发布时间：2024-06-16 07:45

　　基于GMAW(熔化极气体保护焊)的电弧增材制造技术具有组织致密、化学成分均匀、熔敷效率高以及生产成本低等很多优势,广泛应用于大尺寸金属件的增材制造与修复。悬垂结构是复杂构件中非常常见的组成部分。在非金属增材制造中往往通过添加支撑实现悬垂结构的成形,其设计与制造已经较为成熟,而金属增材制造的支撑结构还处于初步研究阶段且面临很多困难与挑战。因此,研究无支撑悬垂结构成形的影响因素,探索悬垂结构良好成形的极限倾角,实现大角度悬垂结构的自支撑具有重要的研究意义。本文以解决无支撑悬垂结构制造过程中的一系列工艺问题、获得较为普适的工艺规范和加工策略为目标,通过熔池观察、理论分析及一系列工艺试验对悬垂结构展开研究,实现了大角度倾斜悬垂结构的良好成形并堆敷出了悬垂结构典型件。首先搭建了机器人GMA增材制造试验系统,研究了平焊时不同工艺下的熔敷道成形质量,获得了初步工艺参数区间并确定了熔敷电流和熔敷电压的匹配关系。通过建立的视觉传感系统观察了悬垂结构堆敷过程中的液态熔池,对熔池流淌现象进行了初步分析。建立了无支撑悬垂结构堆积模型,引入了悬垂角和焊枪倾斜角的概念,提出了堆积过程中材料缺失问题的解决方法,并确...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的与意义
    1.2 金属增材制造国内外研究现状
        1.2.1 高能束增材制造
        1.2.2 电弧增材制造
    1.3 悬垂结构国内外研究现状
        1.3.1 有支撑悬垂结构
        1.3.2 无支撑悬垂结构
    1.4 本文主要研究内容
第2章 机器人GMA增材制造试验系统
    2.1 试验系统的建立
        2.1.1 机器人运动系统
        2.1.2 熔敷系统
        2.1.3 视觉传感系统
        2.1.4 计算机系统
    2.2 单层单道成形质量正交试验
    2.3 液态熔池观察
    2.4 本章小结
第3章 无支撑悬垂结构理论研究
    3.1 无支撑悬垂结构堆积模型
    3.2 液态熔池所受各力的作用机理
        3.2.1 重力与支持力
        3.2.2 电弧力
        3.2.3 熔滴冲击力与表面张力
    3.3 液态熔池力学模型
    3.4 本章小结
第4章 无支撑悬垂结构成形工艺研究
    4.1 工艺参数及焊枪倾斜角对成形的影响
        4.1.1 试验设计
        4.1.2 试验过程与结论
    4.2 多层单道倾斜悬垂结构成形试验
        4.2.1 不同悬垂角对应的工艺参数区间
        4.2.2 倾斜结构成形过程
    4.3 水平悬垂结构成形试验
    4.4 本章小结
第5章 无支撑悬垂结构典型件的制造
    5.1 试验条件与前期准备
    5.2 分层切片与路径规划
        5.2.1 基于STL模型的曲面分层
        5.2.2 熔敷路径与空走路径规划
    5.3 螺旋桨成形实验
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3995098