一种正向闭环制造零部件的系统技术方案

本发明专利技术公开一种正向闭环制造零部件的系统，包括制定方案单元、建模单元、有限元分析单元、3D打印单元、锻造处理单元、热处理单元、光饰处理单元和现场检测单元。使用本发明专利技术的系统，可以灵活互动定制维修作业的技术应用路线，形成闭环完整的产品技术链条。不仅可为电力设备的安全运行提供快速响应和保障，大大降低电力设备和人员事故的发生几率，同时也减少了维护检修作业次数，提高了维护检修作业过程的安全性。

A system for manufacturing parts and components in a positive closed loop

The invention discloses a system of forward closed loop manufacturing parts, including the formulation unit, the modeling unit, the finite element analysis unit, the 3D printing unit, the forging processing unit, the heat treatment unit, the light finishing unit and the field detection unit. The system using the invention can flexibly and customize the technical application route of maintenance work and form a closed loop complete product technology chain. It can not only provide rapid response and guarantee for the safe operation of electric power equipment, but also greatly reduce the probability of accidents in power equipment and personnel, and also reduce the number of maintenance and maintenance operations, and improve the safety of maintenance and maintenance process.

【技术实现步骤摘要】
一种正向闭环制造零部件的系统
本专利技术涉及先进制造领域，尤其涉及一种正向闭环制造零部件的系统。
技术介绍
在电气设备维护检修作业中，由于存在大量磨损、寿命周期失效或损坏的零部件。由于厂家已不再生产该型号设备，无法提供部件更换和维护，而只能更换整个模块或者导致整套设备待修、提前结束设备使用的问题。同时，还存在紧急需要某种备\配件（如末屏盖、GIS取气口、取油口等），但采购周期长，而无法及时更换或使用的问题。在生产一线，检修人员存在自行创新和设计改进工作器具的需求，若采用传统生产方法，开模铸造，存在批量少，成本高的问题，造成单件或少量设计的工具几乎无法实现。大量储备备品备件则将耗费仓储资源及浪费资金，而不能及时更换零件又将导致设备“带病工作”，降低供电可靠性。在电力设备运维检修工作中，涉及电气设备不同品牌、不同型号、不同批次的形式各异的零件；同时，检修人员在生产工作中不断接触新型设备，因此存在改进作业工器具和提升改造设备性能的需求，以提高生产效率。传统的设备定制部件工艺方法制约着上述工作的开展。因此，需要在电力设备采用柔性技术以制造运维设备零部件和创新改进设备的性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于，提供一种正向闭环制造零部件的系统，以解决目前零部件制造存在的上述不足问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种正向闭环制造零部件的系统，包括制定方案单元、建模单元、有限元分析单元、3D打印单元、锻造处理单元、热处理单元、光饰处理单元和现场检测单元，所述制定方案单元是根据检修作业现场提出的需求，制定定制零部件的方案，所述建模单元用于根据所述方案构建所述零部件的3D模型，所述有限元分析单元是运用有限元技术对所述3D模型进行应力分析及疲劳分析，并判断分析结果是否合格，所述3D打印单元用于根据所述3D模型逐层打印成型，获得零部件，所述锻造处理单元用于对所述零部件进行锻造处理，所述热处理单元用于对所述零部件进行热处理，所述光饰处理单元用于对所述零部件进行光饰处理，所述现场检测单元用于检测所述零部件的现场应用是否合格。优选的，所述3D模型通过正向建模方式构建。优选的，所述打印是采用激光选区熔化成型技术进行。优选的，在所述打印过程中添加微量元素。优选的，所述微量元素是通过超声共振渗透技术添加。优选的，所述微量元素是钛。优选的，所述锻造处理采用微分锻造技术。优选的，所述热处理包括淬火和时效。优选的，所述时效为人工时效。优选的，所述光饰处理包括粗振、打磨和细振。本专利技术的益处在于：（1）以较低的成本满足用户的个性化需求，且相比现有技术大大提高了效率。（2）通过运用有限元技术，保证了零部件的使用寿命，降低制造成本和产品报废率，缩短制造周期。（3）通过运用激光选区熔化成型技术，大大提高了零部件的加工精度。（4）采用超声共振渗透技术添加微量元素，在成功抑制热裂纹的同时，SLM成型效率大幅提升。（5）通过采用微分锻造等技术工艺，使得零部件材料结晶、合金化方面普遍优于传统锻造工艺。（6）采用热处理技术大大提高了零部件的强度，保证良好的综合性能。（7）通过光饰处理，确保零部件表面光整。（8）拓展了维护检修作业的应用范围，极大减少设备因为小零件结束设备功能和设备故障效率，减少维护检修作业次数，提升了供电可靠性；同时延长设备使用生命周期，节约生产成本。（9）提高了维护检修作业过程安全性，能开发出同时满足多个性能的新型维护检修作业器具，满足电气设备运行效率。（10）合理科学的提高基层作业人员对设备的开发改造技术能力，有利于推动推广对广大职工创新工作，提升职工对工作的热情，提升了对电气设备维护工作科学性。（11）可为企业提供可靠的快速设计、制造的定制化产品服务，不仅可为电力设备的安全运行提供快速响应和保障，大大降低电力设备和人员事故的发生几率，同时也将为企业节约大量运行维修和人力设备的成本，经济效益显著。（12）可灵活互动定制维修作业的技术应用路线，形成闭环完整的产品技术链条。附图说明图1是本专利技术实施例制造系统结构示意图；图2是本专利技术实施例运用有限元技术分析的流程图。具体实施方式一种正向闭环制造零部件的系统，如图1所示，包括制定方案单元、建模单元、有限元分析单元、3D打印单元、锻造处理单元、热处理单元、光饰处理单元和现场检测单元。其中：制定方案单元是根据检修作业现场提出的需求，制定定制零部件的方案。在电力设备运维检修工作中，涉及电气设备不同品牌、不同型号、不同批次的形式各异的零件。同时，检修人员在生产工作中不断接触新型设备，因此存在改进作业工器具和提升改造设备性能的需求，以提高生产效率。可大量储备备品备件将耗费仓储资源及浪费资金，而不能及时更换零部件又将导致设备“带病工作”，降低供电可靠性。因此，当维护检修作业现场需要某种零部件时，就要提出制造需求，然后根据需求制定定制零部件的方案。建模单元用于根据所述方案构建所述零部件的3D模型。构建零部件的3D模型，通常有两种方法，分为逆向建模和正向建模。所谓逆向建模，是通过逆向反求工程获得零部件的相关数据。具体方法为：先运用CT扫描获得零部件的数据，再运用Imageware逆向工程软件消除噪点，进行特征提取，建立表面平顺的3D模型。而正向建模是采用专业建模软件对零部件进行建模。具体方法为：采用UnigraphicsNX3D建模软件，进行计算机辅助设计，精密构建零部件的3D模型。对于两种3D模型构建方法，模型的特征信息，可以相互借鉴和更新。本专利技术采用正向建模方法构建所述零部件的3D模型。有限元分析单元是运用有限元技术对所述3D模型进行应力分析及疲劳分析，并判断分析结果是否合格。构建零部件的3D模型后，运用有限元技术，对零部件进行有限元分析。分析类型包括应力分析、疲劳分析，分析的目的是实现减小模型大倾角的曲面，实现零部件预计的使用寿命。应力分析是分析和求解机械零件和构件等物体内各点的应力和应力分布的方法，主要用于确定与机械零件和构件失效有关的危险点的应力集中、应变集中部位的峰值应力和应变。而疲劳分析则是分析在无限多次交变载荷作用下的最大破坏应力。有限元分析的具体流程如图2所示：首先，初步确定，包括分析类型、单元类型、模型类型；然后，前处理，包括导入几何模型、定义材料属性、划分网格；接着，求解，包括施加约束和载荷、有限元求解；最后，后处理，包括评估结果、输出报告。如果分析结果满足要求，则进行下一步；不满足，则返回，对零部件的3D建模进行优化，之后重新进行有限元分析。对零部件的3D模型进行有限元分析后，如果分析结果合格，则将该3D模型纳入仿真设计模型库，以不断充实和完善仿真设计模型库，其目的在于满足非标器具创新和加工制造设计的要求。如果分析结果不合格，则返回到制定方案单元重新制定定制方案。3D打印单元用于根据所述3D模型逐层打印成型，获得零部件。在打印成型前，首先应用mlab模块(一个基于python的模块，可以制作3D图像)对所述3D模型进行切片处理，获得3D模型的逐层截面。同时根据精度需求对每层截面的厚度以及分辨率等进行设置。一般切片的厚度为0.01mm~0.03mm，优选切片的厚度为0.02mm。其次，通过读取所述3D模型的逐层截面信息，利用激光选区熔化成型技术进行逐层打印继而将逐层粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正向闭环制造零部件的系统，其特征在于，包括制定方案单元、建模单元、有限元分析单元、3D打印单元、锻造处理单元、热处理单元、光饰处理单元和现场检测单元，所述制定方案单元是根据检修作业现场提出的需求，制定定制零部件的方案，所述建模单元用于根据所述方案构建所述零部件的3D模型，所述有限元分析单元是运用有限元技术对所述3D模型进行应力分析及疲劳分析，并判断分析结果是否合格，所述3D打印单元用于根据所述 3D 模型逐层打印成型，获得零部件，所述锻造处理单元用于对所述零部件进行锻造处理，所述热处理单元用于对所述零部件进行热处理，所述光饰处理单元用于对所述零部件进行光饰处理，所述现场检测单元用于检测所述零部件的现场应用是否合格。

【技术特征摘要】
1.一种正向闭环制造零部件的系统，其特征在于，包括制定方案单元、建模单元、有限元分析单元、3D打印单元、锻造处理单元、热处理单元、光饰处理单元和现场检测单元，所述制定方案单元是根据检修作业现场提出的需求，制定定制零部件的方案，所述建模单元用于根据所述方案构建所述零部件的3D模型，所述有限元分析单元是运用有限元技术对所述3D模型进行应力分析及疲劳分析，并判断分析结果是否合格，所述3D打印单元用于根据所述3D模型逐层打印成型，获得零部件，所述锻造处理单元用于对所述零部件进行锻造处理，所述热处理单元用于对所述零部件进行热处理，所述光饰处理单元用于对所述零部件进行光饰处理，所述现场检测单元用于检测所述零部件的现场应用是否合格。2.根据权利要求1所述的一种正向闭环制造零部件的系统，其特征在于，所述3D模型通过正向建模方式构建。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬蓉蓉，吕泽承，陈铭，颜海俊，覃秀君，苏毅，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西,45