[发明专利]基于预制件的电弧增材混合制造方法

说明书

本发明属于复杂金属结构件制造领域，涉及基于预制件的电弧增材混合制造方法。本发明中利用传统锻造技术提前制造预制件，并结合电弧增材和数控铣削的手段进行混合制造，提高了复杂零件加工的可能性以及加工效率，基于零件结构分解并与预制件数据库进行对比，可以将复杂零件分解为预制件模块和增材模块，其中预制件模块就调取相应的预制件进行加工得到，而增材模块则由电弧增材与数控铣削结合得到，不仅利用了增材制造的优点，而且还没有废弃掉传统的锻造与铣削加工，兼顾了生产质量、效率、成本和时间的需求，拓宽了增材制造技术的应用范围。

技术领域

本发明属于复杂金属结构件制造领域，涉及基于预制件的电弧增材混合制造方法。

背景技术

随着社会的发展，许多行业因其发展要求对其零部件提出了新的要求，例如航天领域对于飞行器具有低成本、高可靠性的要求，其零部件逐渐向大型化、整体化发展。其中飞机发动机涡轮盘，过去盘和叶片是分别制造，然后装配集成，制造难度相对较低，而现在新型发动机都已经改为整体涡轮盘，由整体锻件一次装夹在5轴加工中心，整体加工出来。因此随着这些零部件的发展，传统加工技术渐渐难以满足，增材制造(AM)技术由此提出，其基于离散-堆积原理，采用材料逐层累加的方法制造实体零件。由于简化或省略了传统制造中的工艺准备、模具设计等环节，增材产品集数字化设计、分析、制造一体化，可直接制造复杂构件，能够显著缩短研发周期和降低研发成本。其中又以电弧增材制造技术(WAAM)最具低成本和高沉积速率的优点，成形零件由全焊缝构成，化学成分均匀、致密度高，开放的成形环境对成形件尺寸无限制。

单一的电弧增材制造技术可加工复杂零件但成形精度和加工效率低，难以满足零件的精度要求和时间成本，而减材制造可以保证加工精度，传统的锻造技术可以提前制造简单预制件以减小增材简单结构时的时间，因此需要将不同的制造方法进行整合形成混合制造，使其进行优势互补。基于预制件的电弧增材混合制造技术将传统锻造、增材制造与减材制造有机结合，可显著提高零件的可加工性，减少增材制造时间以及铣削过程刀具/工具磨损，对提高加工复杂表面的完整性和效率以及降低粗糙度起到积极作用，为产品设计师开辟了新思路，从而大大促进高端产品的创新。在高速发展的时代对于产品的创新、企业的转型具有十分重要的作用和意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于预制件的电弧增材混合制造方法，结合预制件数据库、电弧增材技术和数控铣削技术，通过对零件几何特征识别分析确定预制件模块和增减材模块，利用机械手抓取预制件连接库中的预制件并在其基础上采用电弧增材与数控加工混合的一体化加工实现复杂结构的制造，使得传统工艺难以加工的复杂结构的制造得以实现。

本发明的技术方案如下：

基于预制件的电弧增材混合制造方法，步骤如下：

第一步，基于锻造技术得到简单几何结构的预制件，形成预制件连接库，并配以机械手进行抓取与放置，同时生成相应的预制件模型数据库；

所述的简单几何结构预制件指由直线、圆弧构造的立方块、球体等；

第二步，通过对零件三维模型的特征识别，并与预制件模型数据库进行对比，将零件三维模型分解为预制件模块和增材模块，其中预制件模块可细分为预制件模块A、预制件模块B…，同理，增材模块也可细分为增材模块A、增材模块B…；

第三步，针对分解得到的各模块，根据零件结构的构成，以生产成本、生产效率为约束条件进行工艺规划，对各模块加工优先级进行排序；

本发明中，每件预制件在预制件连接库中拥有编号，同时在模型数据库中拥有同样的对应编号；

第四步，针对预制件模块，从预制件模型数据库中选取最接近预制件模块的预制件模型，将其编号反馈给预制件连接库进行调取，控制机械手对其进行抓取，并放置在工作台的工装夹具处；

第五步，借助CAM辅助制造仿真软件进行铣削路径规划，利用数控铣削单元将预制件加工成零件预制件模块的形状；