热锻模具型腔的复杂曲面随形梯度增材再制造方法技术

一种热锻模具型腔的复杂曲面随形梯度增材再制造方法，包括以下步骤：步骤一：对待修复模具进行预处理，步骤二：取实体模型的上层外表面S

【技术实现步骤摘要】
热锻模具型腔的复杂曲面随形梯度增材再制造方法
本专利技术涉及一种热锻模具型腔的复杂曲面随形梯度增材再制造方法，具体适用于热锻模具修复再制造。
技术介绍
热锻模生产因其具有成本低、质量好及效率高等优点，是现代工业制造中广泛采用的一种工艺设备，但热锻模在服役过程中受到严酷的高热-交变载荷作用，极易产生磨损、开裂、变形等形式的失效，为节约生产成本，提高模具使用成本，通常需要对一个生命周期内的热锻模具进行多次修复再制造。热锻模具的工作方式决定了其型腔内表面材料高温耐磨性要好，同时型腔内表面层到芯部的中间材料要具有较好的强度和韧性。从材料成本和模具性能角度考虑，对热锻模具的修复采用梯度材料结构设计是必然的趋势。随着电弧增材制造技术的快速发展，该技术在热锻模修复中已经得到实际应用，同时电弧增材制造技术在梯度材料结构设计中具有明显的优势。目前大多数增材制造技术基于平面分层，该技术以智能机器人作为驱动装置，基于平面分层实现每层平面的堆焊、累加进而实现整个修复区域的打印。而增材制造技术的梯度材料结构设计是基于分层基础上实现的，实际打印时自下而上在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热锻模具型腔的复杂曲面随形梯度增材再制造方法，其特征在于：/n所述随形梯度增材再制造方法包括以下步骤：/n步骤一：对待修复模具进行预处理，对失效模具失效区域进行去除，并且适当扩展热锻模具型腔，平缓曲率较大区域；通过三维扫描仪或直接利用图像软件建模提取目标热锻模具和预处理后热锻模具三维模型，并进行布尔运算，得到待增材部分的实体三维模型；/n步骤二：取实体模型的上层外表面S

【技术特征摘要】
1.热锻模具型腔的复杂曲面随形梯度增材再制造方法，其特征在于：
所述随形梯度增材再制造方法包括以下步骤：
步骤一：对待修复模具进行预处理，对失效模具失效区域进行去除，并且适当扩展热锻模具型腔，平缓曲率较大区域；通过三维扫描仪或直接利用图像软件建模提取目标热锻模具和预处理后热锻模具三维模型，并进行布尔运算，得到待增材部分的实体三维模型；
步骤二：取实体模型的上层外表面S0，作为随形分层的基准曲面，根据基准曲面结构特征沿曲面各处法向方向向下偏置1个设定厚度，并与实体模型布尔求差得到截留曲面S1，也即曲面分层的第2层，S1为实体模型上层外表面，S1为S0下方相邻曲面即第二层截留曲面；
步骤三：对步骤二的偏置距离再依次取i个设定厚度，i从2开始，直到第c个固定厚度偏置下重构三角面片与实体模型交集为空，取Sc-1截取实体模型的下表面作为Sc，结束求交运算，并对曲面偏置后产生自交的冗余部分剔除，最后得到所求曲面分层集合U＝{S0,S1,...,Sc}，i为S曲面的数字下角标表示相应曲面层，c为S曲面的数字下角标的最大值，Sc-1为第c-1个曲面，Sc为被Sc-1截取的实体模型下表面，U为曲面分层集合；
步骤四：所述步骤四包括：热锻模具型腔复杂曲面随形增材设计和多材料随形梯度结构设计；
所述热锻模具型腔复杂曲面随形增材设计，以模具型面为基准的曲面随形分层、层间曲面随形路径规划和的焊枪位姿确定和调整方法；热锻模具型腔复杂曲面随形增材设计包括以下步骤：
Ⅰ、以步骤三中获得的曲面分层集合U＝{S0,S1,...,Sc}为基础，再基于工件坐标参考系，选取一定方位初始平面对曲面S0进行求交运算得到轨迹点数据，即得S0层间的第一条轨迹∫00，再用平行于初始平面且偏置距离为j*d焊道搭接宽度的若干平面对曲面求交得到轨迹∫0j，j依次取1,2,...,直到第z+1个焊道搭接宽度偏置下的平面与曲面交集为空截止，至此求得S0曲面的轨迹集合L0＝{∫00,∫01,...,∫0z}，∫00、S0层间的第一条轨迹，j为数字下角标，表示相应的轨迹；d焊道搭接宽度为焊道搭接宽度，L0为S0曲面的轨迹集合；
Ⅱ、选取一定方位初始平面对曲面Si求交，运算得到第i层上的第一列轨迹点数据，依照步骤Ⅰ进行轨迹偏置得到Si曲面上的轨迹集合Li＝{∫i0,∫i1,...,∫iz}，i从1开始递加直至i＝c，即得到Lc截止，至此求得全部曲面轨迹集合V＝{L0,L1,...,Lc}，Li为Si曲面上轨迹集合，∫i0为第i层曲面上j＝0轨迹，Lc为Sc曲面上轨迹集合，V为全部曲面轨迹集合；
Ⅲ、所有曲面上轨迹由一系列离散轨迹点拟合，取曲面上各轨迹线位于求交平面内的各轨迹点处的法向矢量为焊枪中心轴线指向，以焊枪末端既轨迹点坐标和焊枪轴线指向确定的焊枪的期望位姿；
Ⅳ、按照步骤Ⅲ中预设的焊枪期望位姿进行碰撞检测，对发生运动干涉区域轨迹点进行焊枪姿态调整，主要调整焊枪中心轴线指向，以微小角度转动焊枪中心轴线指向逼近铅锤方位实现焊枪姿态调整，直到运动干涉区域为空截止；
所述多材料随形梯度结构设计方法，包括根据热锻模服役工况、性能要求和典型结构特征提出内腔型面到芯部梯度分布的多材料分区结构设计方法，满足各区域材料热、力学性能要求，结合曲面随形分层结果和热、力载荷分布情况，确定模具腔型表面到芯部梯度分布的修复层分区结构；所述多材料随形梯度结构设计包括以下步骤：
ⅰ、以步骤三中获得的曲面分层集合U＝{S0,S1,...,Sc}为基础，再通过仿真分析获取待修复模具的工作的温度分布情况，选定一分区面，对该分区面与曲面分层集合U中各曲面空间位...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦训鹏，杨世明，胡泽启，倪茂，纪飞龙，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42