[发明专利]一种电弧增材制造典型特征结构的工艺数据库构件方法

说明书

本发明提供了一种电弧增材制造典型特征结构的工艺数据库构件方法，其特征在于，包括步骤：建立典型特征结构种类、形貌曲线及其特征尺寸；输入目标特征结构、形貌曲线及特征尺寸；建立熔融丝材的种类、牌号和直径；建立基板材料对应的牌号及状态；建立电弧增材热源种类及其工艺模式；建立保护气种类；建立特征结构模型优化方案；建议任一特征结构模型优化方案的增材路径；建立执行机构、外部轴相关参数；建立电弧增材相关工艺参数。本发明实现了电弧增材相关工艺参数的快速匹配，满足预设特征结构形状与尺寸要求的同时实现电弧增材制造成形质量的主动控制，提高了电弧增材制造成形件表面质量、成形精度及成形效率，并保证了成形件的力学性能。

技术领域

本发明属于航天结构件电弧增材制造技术领域，涉及一种电弧增材制造典型特征结构的工艺数据库构建方法。

背景技术

电弧增材制造技术(Wire and Arc Additive Manufacture，WAAM)是以电弧为热源，采用逐层堆焊的方式，由线—面—体的路径堆积处致密金属构件。与传统铸造/锻造-减材制造工艺相比，制造周期短，柔性化程度高，材料利用率高，对设计的响应速度快，特别适合于小批量、品种繁多的产品的制造，因而在航空航天、汽车船舶等领域有广阔的应用前景。

专利申请号202011436187.1的发明公开了一种交叉类金属零件辅助填丝GMWA电弧增材制造系统及方法，该方法采用视觉检测及反馈系统，电流电压进行调整，并调节复合送丝装置送丝速度的大小，以改变在交叉点位置的熔覆量，使交叉点在成型过程中保持平整，实现交叉类结构的电弧增材。该方法未从工艺的角度优化交叉结构及路径，而是通过视觉检测系统进行交叉点工艺参数修正，其适用性不强。

专利申请号为201610408053.6的发明公开了一种倾斜薄壁结构件电弧填丝增材制造方法。制备单道倾斜薄壁件时，第一层由两条焊道搭接而成，第二层及后续层，采用焊枪沿垂直于高度方向偏移的方法成形倾斜结构；克服了制备倾斜结构件存在的设备成本高、系统复杂、成形精度低等问题，无需变位机翻转基板即可制备倾斜结构件。该方法通常仅适用于小角度的倾斜薄壁件制备，无法制备厚壁结构件或大倾角结构件，且未考虑温度梯度对成形的影响和导致坍塌失效的可能。

专利申请号为201811512386.9的发明公开了一种铝合金悬空结构件电弧增材制造方法。对铝合金悬空结构件的待增材区域进行预处理后，固定于工作平台上，并设定起弧点、收弧点位置及增材路径包括多层待增材层，采用层间偏移的方法使熔敷金属重力与表面张力二力平衡从而实现悬空结构的成形。该方法是一种未采用变位机成形薄壁悬空结构，而实际成形件中需要综合使用变位机和焊枪，来实现厚壁悬空结构的成形。

电弧增材制造技术由于电弧熔积本身的精度限制导致其成型零件具有较低的表面质量，其高的热输入量和温度梯度导致成型零件具有较大的残余应力和变形以及较差的组织形态等，影响结构件的成型及性能。基于功能和减重设计需求，电弧增材成形件中常包含的典型特征结构包括交叉类结构、凸台类结构、倾斜类结构及悬空类结构。该类特征结构若过程中未采用合理的工艺参数、增材路径或特征结构优化，则易出现凸起、缩颈、塌陷、搭接质量差、未熔合等多种问题，严重地甚至导致成形失效，大大降低了成形效率和成形精度。

因此需要建立一种电弧增材典型特征结构的工艺数据库，用于实现电弧增材制造典型特征结构、形貌曲线、特征尺寸及范围与熔融丝材、基板材料及状态、电弧增材热源种类及其工艺模式、保护气种类与流速、执行机构相关参数、特征结构模型优化方案与增材路径、电弧增材相关工艺参数的快速匹配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电弧增材典型特征结构的工艺数据库构建方法，能实现电弧增材制造典型特征结构、形貌曲线、特征尺寸及范围与熔融丝材、基板材料及状态、电弧增材热源种类及其工艺模式、保护气种类与流速、执行机构相关参数、特征结构模型优化方案与增材路径、电弧增材相关工艺参数的快速匹配。

本发明提供了一种电弧增材制造典型特征结构的工艺数据库构建方法，其特征在于，包括步骤：