[发明专利]一种基于温度分布的复杂零件分区制造方法

说明书

本发明属于电弧增材制造相关技术领域，其公开了一种基于温度分布的复杂零件分区制造方法，该制造方法包括以下步骤：(1)基于制造约束对待制造零件进行分层，并将每一层进行区域划分；(2)根据分区形状进行填充路径规划，并确定每一分区的填充路径类型及方向；同时，将所有分区中变形量最小的分区作为初始制造分区；(3)对当前层的初始制造分区进行熔积填充，每熔积制造完一个分区前，对当前层的剩余分区进行热成像扫描并计算剩余分区的温度分布，以选择未填充区域中分区平均温度最小的分区为下一个制造分区以继续进行熔积填充，直至当前层加工完成；(4)重复步骤(3)以逐层加工直至待制造零件制造完成。本发明提高了零件质量及性能。

技术领域

本发明属于电弧增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种基于温度分布的复杂零件分区制造方法。

背景技术

相比于增材制造的其他两种技术：激光增材制造技术与电子束增材制造技术，电弧熔积增材制造具有熔积效率高，制造成本低，冶金过程充分、金属适用性好的优点，但大型复杂零件受形状、性能要求、材料要求、表面质量等约束，不能一次成形，这对电弧增材制造在复杂大型零件的应用造成障碍。

在复杂结构零件的增材制造中，分层策略和路径规划是直接影响工件成形精度和打印效率的关键技术。目前，对于复杂零件，由于电弧长时间在某一区域内输入，导致局部温度过高而产生应力集中现场，继而使得零件变形和性能退化。

对于复杂零件，其受到形状、性能要求、材料要求、表面质量等多种约束，如若按照传统一层一次成形的方法，会导致部分区域由于路径复杂导致产生未融合缺陷，个别焊道由于长度过短而产生塌陷和搭接不良。相应地，本领域存在着发展一种质量较好的基于温度分布的复杂零件分区制造方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于温度分布的复杂零件分区制造方法，其基于现有电弧增材制造的特点，研究及设计了一种质量较好的基于温度分布的复杂零件分区制造方法。所述分区制造方法在多种约束条件下，避免因复杂路径而导致的未融合和搭接不良等缺陷，克服因温度过高而导致的应力集中而造成的零件变形，提高了零件质量及性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于温度分布的复杂零件分区制造方法，所述分区制造方法主要包括以下步骤：

(1)基于待制造零件的制造约束对待制造零件进行分层，并将每一层进行区域划分；

(2)根据分区形状进行填充路径规划，并确定每一分区的填充路径类型及方向；同时，对第一层的所有分区进行轮换热加载模拟，并将所有分区中变形量最小的分区作为初始制造分区；

(3)对当前层的初始制造分区进行熔积填充，每熔积制造完一个分区前，对当前层的剩余分区进行热成像扫描并计算剩余分区的温度分布，以选择未填充区域中分区平均温度最小的分区为下一个制造分区以继续进行熔积填充，直至当前层加工完成；

(4)重复步骤(3)以逐层加工直至待制造零件制造完成。

进一步地，每层分区的数量大于等于3，每个分区的面积大于等于1000mm²。

进一步地，被选定分区中距离温度最低点最近的起弧点为该选定分区的熔积开始点。

进一步地，单个起弧至息弧的焊道长度即为单次熔积长度，单次熔积长度大于等于30mm。

进一步地，若果当前分区单次熔积长度小于30mm时，则将对应的焊道合并至相邻焊道；如果当前分区所有焊道合并长度仍小于30mm，则将当前分区合并至相邻最小分区。

进一步地，采用的温度扫描测量仪器为红外热像仪，通过夹具将红外热像仪夹持在机床上，使得红外热像仪与机床同步运动。

进一步地，当前层其他分区的红外热像仪扫描及温度计算在上一分区制造完成前完成，以保证分区间无间隔制造。