一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法技术

本发明专利技术公开了一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法，包括对3D模型进行处理，得到待修复的区域模型；根据平板焊接实验，取其均值，初步确定焊道层高；对区域模型从最底层进行单次切片；根据对填充路径进行设定，包括包络圈路径、内部路径填充方式及其倾斜角度，得到该层的全部堆焊路径，获得该层实际层厚；判断是否使用新的层厚作为切片厚度；收集所有变层厚数据，完成变层厚切片。本发明专利技术通过研究包络圈长度与内路径长度之比，也即总路径长度与堆焊面积之比，得出其影响层厚的规律，并将其应用于离线编程系统中，以实现精准层厚控制。控制。控制。

【技术实现步骤摘要】
一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法


[0001]本专利技术涉及电弧增材制造
，具体是一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法，该方法适用于在固定工艺参数下，对层厚上的高度差进行计算，通过调整切片厚度，得到高质量的熔覆形状，从而达到对复杂结构件宏观外形及微观性能的双重保证。

技术介绍

[0002]电弧增材(再)制造是利用电弧堆焊的方式进行失效构件修复、生产制造新构件的常规手段，目前的电弧增材(再)制造以机器人电弧堆焊为主，机器人电弧堆焊效率高、焊接性能稳定、增材成形良好，适用于大型复杂构件的修复和制造。
[0003]电弧增材再制造基础流程一般为：第一步、将失效构件的缺陷(如裂纹、疲劳层)进行气刨处理，去除构件的缺陷；第二步、利用扫描仪扫描得到气刨处理后的数模；第三步、将该构件的精准数模与第二步中气刨扫描后的数模进行求差，得到需要增材部分的数模；第四步、将第三步中所得到的增材数模进行分层切片、路径规划；第五步、由第四步所得分层切片规划好路径的数模生成增材制造程序；第六步、通过机器人进行电弧增材堆积修复。
[0004]电弧增材(再)制造时，堆焊层厚的控制是影响增材制造性能的关键因素，如果层厚设置高于实际高度，则机器人在制造过程中易产生脉冲极限、撞枪的机械故障或者易产生咬边缺陷；如果层厚设置低于实际高度，则在增材制造过程中易产生未到边、未熔透、缺肉等缺陷。所以对电弧增材(再)制造过程的层厚的准确控制十分重要。
[0005]目前，对于电弧增材制造的层厚切片算法主要有两种，一种是等厚切片，即每一层切片厚度都是一个定值，另一种是根据结构件的分型面而确定的变层厚切片算法。这两种方法各有优劣，前者方法简单，但会产生较大的加工余量，造成浪费，后一种算法，保证了结构件的轮廓，但对结构件的外形依赖较大，且算法复杂，易产生偏差。
[0006]实际生产中，对于电弧增材制造的层厚确定方法为根据经验获得，通常需要在平面基板上对一组工艺参数进行大量的实验，从而确定单道焊接层高，即切片厚度。但是对于复杂构件，由于包络圈形状的不同和包络圈与填充部分的比例不同，会导致包络圈路径与内路径的搭接率也会随之变化，这种情况会导致在实际堆焊过程中，其单层堆积厚度并不会严格遵守由平板堆焊实验所得到的厚度。因此，通过对分层切片时厚度参数的精准把握，是对实现高质量电弧增材(再)制造控形与保性的基础前提。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
中提及的问题，本专利技术提供一种大型复杂构件电弧增材(再)制造变层厚切片，精确规划增材(再)制造的层厚，消除电弧增材(再)制造的缺陷。
[0008]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0009]一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法，其中：包括以下步骤：
[0010]步骤一、对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行处理，
得到待修复的区域模型；
[0011]步骤二、根据平板焊接实验，取其均值，初步确定焊道层高h0；
[0012]步骤三、将h0作为层厚参数输入到分层切片的软件中，对步骤一处理后的待修复的区域模型进行一次切片，即从最底层对待修复的区域模型进行单次切片；
[0013]步骤四、根据对填充路径进行设定，包括包络圈路径、内部路径填充方式及其倾斜角度，得到该层的全部堆焊路径，记为L
i
，i＝1,2，
…
，n，将每次产生的路径并入到集合Ω中，即Ω＝{L1，L2，
…
，L
n
}；
[0014]步骤四、根据最底层的焊接参数及层片几何特征，获得该层实际层厚h；即：
[0015][0016]其中，η为熔覆效率，d为焊丝直径，WFS为送丝速度，l为该片层总体路径长度，TS为焊接速度，s为层片沿厚度方向上的堆焊面积均值，计算公式如下：
[0017][0018]其中，l
i
为单向路径长度，D为焊道间距，b为外轮廓总长度，w为焊道宽度。
[0019]若则该片层在厚度方向上不做处理，保存该层路径到集合Ω中，并在原模型中删除该片层，若则把h0更改为h，重复步骤三、四、五，直至切片的片层达到模型最顶层；其中，n％为预定的层厚变更阈值；
[0020]步骤六、集合Ω中即为所有层厚较为合理的片层路径，即完成变层厚切片。
[0021]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0022]上述的n％为5％。
[0023]步骤一中，对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行处理的具体方式是：对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行点云的精简与降噪、模具精准数模与扫描模型的布尔求差处理，最后得到待修复的区域模型。
[0024]步骤六中，完成变层厚切片的具体方法为：根据集合Ω，逐层得到从最底层开始的切片层厚及其堆焊路径，同时得到删减片层后的待修复的区域模型，将该模型重新导入切片软件，即可完成对复杂结构件模型的变层厚切片。
[0025]步骤四中，层片沿厚度方向上的堆焊面积均值s的计算公式为：
[0026][0027]其中，l
i
为单向路径长度，D为焊道间距，b为外轮廓总长度，w为焊道宽度。
[0028]本专利技术具有以下优点：
[0029]1、大多数大型复杂构件电弧增材再制造时，由于包络圈与内路径之间的搭接距离小于内路径之间的距离，即相同面积时，包络圈部分的堆焊金属多于内路径的堆焊金属，故在相同焊接工艺参数(焊接电压、焊接电流、送丝速度、焊接速度等)时，包络圈部分的层厚
高于内路径部分。本专利技术意在电弧增材再制造时，通过研究包络圈长度与内路径长度之比，也即总路径长度与堆焊面积之比，得出其影响层厚的规律，并将其应用于离线编程系统中，以实现精准层厚控制。
[0030]2、本方法可以为大型复杂构件电弧增材(再)制造层厚计算提供理论支撑，为工程实践层厚确定提供指导。
[0031]3、基于本方法计算得到的层厚较经验获得层厚更加准确、便捷。
附图说明
[0032]图1是本专利技术的流程图；
[0033]图2单层切片层相关参数；
[0034]图3包络圈长度测量图；
[0035]图4内路径长度测量图。
具体实施方式
[0036]以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。
[0037]本专利技术的本专利技术，即一种大型复杂构件电弧增材(再)制造变层厚切片算法，该算法包含前处理模块、分层切片及路径规划模块、负反馈模块。本专利技术设计的各方法特征如下：
[0038](1)前处理模块：对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行处理，包括点云的精简与降噪、模具精准数模与扫描模型的布尔求差等处理。
[0039](2)分层切片及路径规划模块：该模块主要是根据在给定工艺参数下，在平板上焊接并对其焊道高度进行测量，求其均值。在确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型复杂构件电弧增材再制造变层厚切片方法，其特征是：包括以下步骤：步骤一、对电弧增材制造的3D模型或者是待修复的模具三维扫描模型进行处理，得到待修复的区域模型；步骤二、根据平板焊接实验，取其均值，初步确定焊道层高h0；步骤三、将h0作为层厚参数输入到分层切片的软件中，对步骤一处理后的待修复的区域模型进行一次切片，即从最底层对待修复的区域模型进行单次切片；步骤四、根据对填充路径进行设定，包括包络圈路径、内部路径填充方式及其倾斜角度，得到该层的全部堆焊路径，记为L
i
，i＝1,2，
…
，n，将每次产生的路径并入到集合Ω中，即Ω＝{L1，L2，
…
，L
n
}；步骤四、根据最底层的焊接参数及层片几何特征，获得该层实际层厚h；即：其中，η为熔覆效率，d为焊丝直径，WFS为送丝速度，l为该片层总体路径长度，TS为焊接速度，s为层片沿厚度方向上的堆焊面积均值；若则该片层在厚度方向上不做处理，保存该层路径到集合Ω中，并在原模型中删除该片层，若则把h0更改为h，重复步骤三、四、五，直至切片的片层达到模型最顶层；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘帅旗，刘蔚航，郑磊磊，沈泳华，刘仁培，
申请(专利权)人：南京江联焊接技术有限公司，
类型：发明
国别省市：