一种电弧金属增材制造变形补偿的方法技术

本发明专利技术公开了一种电弧金属增材制造变形补偿的方法，基于实验测量或数值模型计算所获得的工件外形数据对加工制造过程中产生的形变量进行反向补偿实现，本发明专利技术提供了动态和静态两种补偿方案，能够对工件制造过程中可能产生的变形进行快速、高精度补偿，能够适用于电弧送丝增材技术场景下各种工件结构增材制造的补偿需求，同时具有可重复性高、结果稳定等特点，可根据用户生产制造需求进行灵活调整，单次补偿效果即可满足大部分目标需求，多次补偿可明显降低各种结构尺寸的偏移量。偿可明显降低各种结构尺寸的偏移量。偿可明显降低各种结构尺寸的偏移量。

【技术实现步骤摘要】
一种电弧金属增材制造变形补偿的方法
[0001]
：本专利技术属于金属增材制造
，尤其涉及一种电弧金属增材制造变形补偿的方法。
[0002]
技术介绍
：以电弧送丝增材技术为代表的金属增材制造工艺具有制造快速、产品质量高、制造成本低以及制造柔性大等特点，特别是在制造生产航空航天关键零部件上开始逐步取代传统加工制造工艺。电弧送丝增材技术主要通过高能等离子弧融化金属线材并使之沉积在金属基板上实现零件的制造加工，整个制造过程中通过机械结构带动焊枪的持续移动实现各种复杂结构的制造。作为一种直接能量沉积制造工艺，电弧金属增材制造会引入一个随焊枪持续移动的熔池结构，金属线材发生先融化后冷却的相变过程，工件极易产生热应力并在随着时间逐渐冷却的过程中产生皱缩、回弹现象，造成形貌偏差的同时也对工件的质量造成了严重且不可逆的损害。金属增材制造的工件往往由数量庞大的沉积层堆叠形成，这就使每一层的误差持续累积进一步增加了其制造偏差。由于金属增材制造过程为热力传热变形和静力结构形变等多物理场耦合的复杂问题，目前还缺少可靠、快速的对制造过程中产生的形变进行变形补偿的方案。
[0003]针对金属增材制造中由于热应力导致工件形变的预测、补偿，仅有通过经验对加工参数进行微调，多以采用通过降低制造速度、调节焊枪工况参数等明显降低加工制造效率的经验方案，无法准确预测工件形变产生的位置及其形变量，不仅很难适应多种工况条件，更无法对发生偏差的位置进行补偿，难以满足实际制造加工对工件质量、精度的需求。
[0004]
技术实现思路
：针对上述问题，本专利技术要解决的技术问题是提供一种电弧金属增材制造变形补偿的方法，基于实验测量或数值模型计算所获得的工件外形数据对加工制造过程中产生的形变量进行反向补偿实现；首先获取变形数据，利用实验进行工件的实际测量或采用数值计算模型计算结果获取制造完成后工件的变形尺寸位置数据参数，然后进行反向补偿；所述反向补偿包括动态形变补偿和静态形变补偿；所述动态形变补偿包括以下步骤：（1）获取每一时刻工件的变形尺寸位置数据参数；（2）根据相应时刻下的变形偏移量结合多种补偿策略进行同步补偿；（3）实施补偿操作并同步（数字孪生）将修正后的各项参数输入原始加工模型；（4）使用修正后的各项参数进行实际加工或进行数值计算模拟以再次获得每一时刻工件的变形尺寸位置数据参数；（5）重复步骤2
‑
4直到补偿结果满足目标精度要求；所述静态形变补偿包括以下步骤：（1）获取制造完成后变形尺寸位置数据参数；（2）根据最终变形偏移量结合多种补偿策略进行全局补偿；
（3）实施补偿操作并将修正后的各项参数输入原始模型；（4）使用修正后的各项参数进行实际加工或进行数值计算模拟以再次获得制造完成后工件的变形尺寸位置数据参数；（5）重复步骤2
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4直到补偿结果满足目标精度要求。
[0005]优选的，所述获取变形数据的方式包括但不限于实际测量、数值模拟计算，可根据补偿优化目标精度灵活选择各种能够获得工件变形数据的方式。
[0006]优选的，所述动态形变补偿步骤（1）为获取每一时刻关于变形偏移量及其位置参数，进行简单处理后存储。
[0007]优选的，所述动态形变补偿步骤（2）中补偿策略分为直接补偿和间接补偿两种，所述直接补偿为在工件偏移量发生处坐标直接反转偏移量形成补偿坐标组，将补偿坐标组添加到原始路径上完成实时同步补偿，所述间接补偿为在工件偏移量发生处坐标采用以模型宏观尺寸、局部应力分布等变量由大量实验数据为基础建立的经验模型输出的反向补偿量形成补偿坐标组，将补偿坐标组添加到原始路径上完成实时同步补偿。
[0008]优选的，所述动态形变补偿步骤（3）为应用补偿后的路径进行增材制造准备。
[0009]优选的，所述动态形变补偿步骤（4）可应用补偿后的路径进行实际增材制造加工或者利用数值模型进行仿真制造，并获得每一时刻的变形尺寸位置数据参数。
[0010]优选的，所述静态形变补偿步骤（1）为获取制造完成后关于变形偏移量及其位置参数，进行简单处理后存储。
[0011]优选的，所述静态形变补偿步骤（2）中补偿策略同样分为直接补偿和间接补偿两种，所述直接补偿为在工件偏移量发生处坐标直接反转偏移量形成补偿坐标组，将补偿坐标组添加到原始路径上进行全局静态补偿，所述间接补偿为在工件偏移量发生处坐标采用以模型宏观尺寸、局部应力分布等变量由大量实验数据为基础建立的经验模型输出的反向补偿量形成补偿坐标组，将补偿坐标组添加到原始路径上进行全局静态补偿。
[0012]优选的，所述静态形变补偿步骤（3）为应用补偿后的路径进行增材制造准备。
[0013]优选的，所述静态形变补偿步骤（4）为可应用补偿后的路径进行实际增材制造加工或者利用数值模型进行仿真制造，并获得制造完成后的变形尺寸位置数据参数。
[0014]本专利技术有益效果：根据用户需求、目标精度以及所需成本不同，本专利技术提供了动态和静态两种补偿方案，能够对工件制造过程中可能产生的变形进行快速、高精度补偿。补偿模型具有极为灵活的输入条件和丰富的计算结果参数，能够适用于电弧送丝增材技术场景下各种工件结构的增材制造需求，同时具有可重复性高、结果稳定等特点。
[0015]补偿方案具有操作便捷、加工产品适用范围广等特点，可根据用户生产制造需求进行灵活调整，单次补偿效果即可满足大部分目标需求，多次补偿可明显降低各种结构的偏移量。
[0016]附图说明：为了易于说明，本专利技术由下述的具体实施及附图作以详细描述。
[0017]图1为本专利技术的整体流程示意图；图2为本专利技术的实施例1中测试工件结构网格示意图；图3为本专利技术的实施例1中t=34min 1s时测试工件法向偏移量示意图；图4为本专利技术的实施例1中t=1h 13min 4s时测试工件法向偏移量示意图；
图5为本专利技术的实施例1中t=2h 24min 56s时测试工件法向偏移量示意图；图6为本专利技术的实施例1中经多次迭代修正后测试工件法向偏移量示意图。
[0018]具体实施方式：为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0019]如图1
‑
6所示，本专利技术的一种电弧金属增材制造变形补偿的方法，基于实验测量或数值模型计算所获得的工件外形数据对加工制造过程中产生的形变量进行反向补偿实现；首先获取变形数据，利用实验进行工件的实际测量或采用数值计算模型计算结果获取制造完成后工件的变形尺寸位置数据参数，然后进行反向补偿；所述反向补偿包括动态形变补偿和静态形变补偿；所述动态形变补偿包括以下步骤：（1
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1）获取每一时刻工件的变形尺寸位置数据参数；（1
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2）根据相应时刻下的变形偏移量结合多种补偿策略进行同步补偿；（1
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3）实施补偿操作并同步（数字孪生）将修正后的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧金属增材制造变形补偿的方法，其特征在于：基于实验测量或数值模型计算所获得的工件外形数据对加工制造过程中产生的形变量进行反向补偿实现；首先获取变形数据，利用实验进行工件的实际测量或采用数值计算模型计算结果获取制造完成后工件的变形尺寸位置数据参数，然后进行反向补偿操作；所述反向补偿包括动态形变补偿和静态形变补偿；所述动态形变补偿包括以下步骤：获取每一时刻工件的变形尺寸位置数据参数；根据相应时刻下的变形偏移量结合多种补偿策略进行同步补偿；实施补偿操作并同步将修正后的各项参数输入原始模型；使用修正后的各项参数进行实际加工或进行数值计算模拟以再次获得每一时刻工件的变形尺寸位置数据参数；重复步骤2
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4直到补偿结果满足目标精度要求；所述静态形变补偿包括以下步骤：获取制造完成后变形尺寸位置数据参数；根据最终变形偏移量结合多种补偿策略进行全局补偿；实施补偿操作并将修正后的各项参数输入原始模型；使用修正后的各项参数进行实际加工或进行数值计算模拟以再次获得制造完成后工件的变形尺寸位置数据参数；重复步骤2
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4直到补偿结果满足目标精度要求。2.根据权利要求1所述的一种电弧金属增材制造变形补偿的方法，其特征在于：所述获取变形数据的方式包括但不限于实际测量、数值模拟计算，可根据补偿优化目标精度灵活选择各种能够获得工件变形数据的方式。3.根据权利要求1所述的一种电弧金属增材制造变形补偿的方法，其特征在于：所述动态形变补偿步骤（1）为获取每一时刻关于变形偏移量及其位置参数，进行简单处理后存储。4.根据权利要求1所述的一种电弧金属增材制造变形补偿的方法，其特征在于：所述动态形变补偿步骤（2）中补偿策略分为直接补偿和间接补偿两种，所述直接补偿为在工件偏移量发生处坐标直接反转偏移量形成补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐方达，于楠，魏新洋，支镜任，刘野，
申请(专利权)人：融速科技湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：