CN105665703A - 一种激光3d成形弯曲结构件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光3D成形弯曲结构件的方法，通过赋予熔道各点不同的工艺参数来形成不等高熔道，从而成形具有弯曲特征的结构件，弥补弯曲结构件中生长量间的差值，实现弯曲结构件的快速成形，提高成形效率，同时保证成形件的质量及其精度。为运用实时变姿态激光熔覆的方法成形具有弯曲特性的结构件奠定了基础。

Description

一种激光3D成形弯曲结构件的方法

技术领域

本发明属于激光熔覆快速成形技术领域，具体涉及一种激光3D成形弯曲结构件的方法。

背景技术

激光熔覆快速成形技术是20世纪90年代中后期基于激光熔覆技术和快速原型技术的基础上发展起来的一种新技术。它综合了激光熔覆技术与快速成形技术的优点，无需借助刀具和模具就能直接制造出各种复杂的金属零件，具有成形零件复杂、组织性能优良、加工材料范围广泛、柔性化程度高、成本较低等独特优点，受到了业界的广泛关注。

针对悬臂以及空腔件等具有弯曲结构的成形件进行激光熔覆时，有分层错位、辅助支撑以及空间实时变姿态三种方法。其中，空间实时变姿态方法制作的成形件具有表面质量好、成形效率高、成形件尺寸不受限制等优点。因此，在进行具有弯曲特征的成形件的激光熔覆时，优先选取空间实时变姿态的方法。空间实时变姿态指的是在激光快速成形曲面时，需要实时改变光头的姿态，使得光头的轴线方向始终与成形件轮廓的切线方向相垂直。

在激光熔覆弯曲结构件时，因为结构件在弯曲半径方向上存在一定的厚度，所以结构件的内外壁所需生长量存在一定的差值，这个差值与弯曲结构件的弯曲曲率以及弯曲结构件的厚度有关。当厚度很小的时候，这个差值可以通过激光快速成形的自愈合机理进行补偿，然而当厚度达到一定值时，自愈合机理无法进行自动补偿，难以成形弯曲结构件。

因此，鉴于以上问题，有必要采取一定的工艺方法来弥补这个差值，实现弯曲结构件的快速成形，提高成形效率，同时保证成形件的质量及其精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种激光3D成形弯曲结构件的方法，通过赋予熔道各点不同的工艺参数来形成不等高熔道，从而成形具有弯曲特征的结构件，弥补弯曲结构件中生长量间的差值，实现弯曲结构件的快速成形，提高成形效率，同时保证成形件的质量及其精度。

根据本发明的目的提出的一种激光3D成形弯曲结构件的方法，用以成形不等高熔道，具体步骤如下：

S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格；

S2、确定当前弯曲结构件的曲率K以及弯曲结构件在弯曲半径方向上的尺寸L；

S3、在弯曲半径方向上将当前弯曲结构件等距的分成S个部分，弯曲结构件上的点分别记为1，2，3…S，S+1；

S4、根据步骤S1中获得的关系表格分别为当前弯曲结构件上的各个点赋予工艺参数；

S5、根据步骤S4确定的工艺参数开始进行激光熔覆，完成本步骤后回到步骤S2重新确定曲率K以及尺寸L；

所述熔道参数包括熔道高度，当前熔覆层第1个点的熔道高度为h₁，第t个点的熔道高度为h_t，这两个点的熔道高度要满足关系式：

$K\·h_1\·\[\frac{1}{K}+\frac{L}{S}(t-1)\]=h_t$

上述关系式中，K为曲率，S为弯曲结构件等分数量，L为弯曲结构件在弯曲半径方向上的尺寸。

优选的，所述激光加工工艺参数包括激光扫描速度a、激光功率b与送粉速率d，所述熔道参数包括熔道高度h。

优选的，所述弯曲结构件为弯曲墙，成形弯曲墙前需确定当前弯曲墙的曲率K以及弯曲墙的壁厚L。

优选的，所述弯曲结构件为弯曲管件，成形弯曲管件前需确定当前弯曲管件的曲率K以及弯曲管件直径L。

优选的，激光3D成形采用实时变姿态激光熔覆方法。

一种弯曲墙，采用激光3D成形弯曲结构件的方法成形。

一种弯曲管件，采用激光3D成形弯曲结构件的方法成形。

与现有技术相比，本发明公开的激光3D成形弯曲结构件的方法的优点是：

通过赋予熔道各点不同的工艺参数来形成不等高熔道，从而成形具有弯曲特征的结构件，弥补弯曲结构件中生长量间的差值，实现弯曲结构件的快速成形，提高成形效率，同时保证成形件的质量及其精度。为运用实时变姿态激光熔覆的方法成形具有弯曲特性的结构件奠定了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为激光熔覆弯曲墙的示意图。

图2为激光熔覆弯曲管件的示意图。

图3为A处局部放大图。

具体实施方式

在激光熔覆弯曲结构件时，因为结构件在弯曲半径方向上存在一定的厚度，所以结构件的内外壁所需生长量存在一定的差值，这个差值与弯曲结构件的弯曲曲率以及弯曲结构件的厚度有关。当厚度很小的时候，这个差值可以通过激光快速成形的自愈合机理进行补偿，然而当厚度达到一定值时，自愈合机理无法进行自动补偿，难以成形弯曲结构件。

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种激光3D成形弯曲结构件的方法，通过赋予熔道各点不同的工艺参数来形成不等高熔道，从而成形具有弯曲特征的结构件，弥补弯曲结构件中生长量间的差值，实现弯曲结构件的快速成形，提高成形效率，同时保证成形件的质量及其精度。

根据本发明的目的提出的一种激光3D成形弯曲结构件的方法，用以成形不等高熔道，具体步骤如下：

S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格；

S2、确定当前弯曲结构件的曲率K以及弯曲结构件在弯曲半径方向上的尺寸L；

S3、在弯曲半径方向上将当前弯曲结构件等距的分成S个部分，弯曲结构件上的点分别记为1，2，3…S，S+1；

S4、根据步骤S1中获得的关系表格分别为当前弯曲结构件上的各个点赋予工艺参数；

S5、根据步骤S4确定的工艺参数开始进行激光熔覆，完成本步骤后回到步骤S2重新确定曲率K以及尺寸L；

所述熔道参数包括熔道高度，当前熔覆层第1个点的熔道高度为h₁，第t个点的熔道高度为h_t，这两个点的熔道高度要满足关系式：

$K\·h_1\·\[\frac{1}{K}+\frac{L}{S}(t-1)\]=h_t$

上述关系式中，K为曲率，S为弯曲结构件等分数量，L为弯曲结构件在弯曲半径方向上的尺寸。

优选的，所述激光加工工艺参数包括激光扫描速度a、激光功率b与送粉速率d，所述熔道参数包括熔道高度h。

激光加工工艺参数与熔道参数关系表1如下：

优选的，所述弯曲结构件为弯曲墙，成形弯曲墙前需确定当前弯曲墙的曲率K以及弯曲墙的壁厚L。

优选的，所述弯曲结构件为弯曲管件，成形弯曲管件前需确定当前弯曲管件的曲率K以及弯曲管件直径L。

优选的，激光3D成形采用实时变姿态激光熔覆方法。

一种弯曲墙，采用激光3D成形弯曲结构件的方法成形。

一种弯曲管件，采用激光3D成形弯曲结构件的方法成形。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参见图1，如图所示，一种用于成形弯曲墙的工艺，包括下列具体步骤：

S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格；

如表1所示，激光加工工艺参数包括激光扫描速度a、激光功率b、送粉速率d。熔道参数主要包括熔道的高度h；

S2、确定当前弯曲墙的曲率K以及壁厚L；

S3、在半径方向上将当前熔覆层等距的分成S个部分，熔覆层上的点分别记为n₁，n₂…n_s+1；

S4、根据步骤S1中获得的关系表格分别为当前熔覆层的各个点赋予工艺参数；

如图1所示，记当前熔覆层第1个点的熔道高度为h₁，第t个点的熔道高度为h_t，这两个点的熔道高度要满足关系式：

$K\·h_1\·\[\frac{1}{K}+\frac{L}{S}(t-1)\]=h_t$

熔覆层第1与第t个点的工艺参数的选取要保证其对应的熔道参数满足上述关系式。

S5、根据步骤S4确定的工艺参数开始进行激光熔覆。完成本步骤后回到步骤S2重新确定曲率以及壁厚。

本发明的实质是解决激光融覆不等高熔道的问题，通过实时改变激光加工工艺参数的方法来成形不等高熔道，使熔道上各点的生长量满足一定关系表达式，为整个弯曲结构件的成形奠定了成形基础。

实施例2

请一并参见图2与图3，如图所示，一种用于成形弯曲管件的工艺，包括下列具体步骤：

S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格；

如表1所示，激光加工工艺参数包括激光扫描速度a、激光功率b、送粉速率d，熔道参数主要包括熔道的高度h；

S2、确定当前弯曲管件的曲率K以及弯管直径L；

S3、在弯曲半径方向上将当前弯曲管件等距的分成S个部分，弯曲管件上的点分别记为1,2,3…S,S+1。

S4、根据步骤S1中获得的关系表格分别为当前弯曲管件上的各个点赋予工艺参数；记当前熔覆层第1个点的熔道高度为h₁，第t个点的熔道高度为h_t，这两个点的熔道高度要满足关系式：

$K\·h_1\·\[\frac{1}{K}+\frac{L}{S}(t-1)\]=h_t$

弯曲管件上第1与第t个点的工艺参数的选取要保证其对应的熔道参数满足上述关系式。

S5、根据步骤S4确定的工艺参数开始进行激光熔覆。完成本步骤后回到步骤S2重新确定曲率以及弯管直径；

本发明的实质是解决激光融覆不等高熔道的问题，通过实时改变激光加工工艺参数的方法来成形不等高熔道，使熔道上各点的生长量满足一定关系表达式，为整个弯管结构件的成形奠定了成形基础。

本发明公开的方法为实时变姿态激光熔覆方法，相对于分层错位与辅助支撑两种方法，运用实时变姿态激光熔覆的方法成形弯曲结构件具有表面质量好、成形效率高、成形件尺寸不受限制等优点。本发明在建立激光加工工艺参数与熔道参数表格的基础上，按照一定准则，赋予当前熔道上各点不同的工艺参数，从而形成具有一定几何形状的不等高熔道，为最终成形弯曲结构件奠定了基础。

此外，熔道高度h₁与h_t要选择适当，选择过小会影响成形效率，选择过大会影响成形件得精度，具体数值根据需要设定，在此不做限制。

本发明公开了一种激光3D成形弯曲结构件的方法，通过赋予熔道各点不同的工艺参数来形成不等高熔道，从而成形具有弯曲特征的结构件，弥补弯曲结构件中生长量间的差值，实现弯曲结构件的快速成形，提高成形效率，同时保证成形件的质量及其精度。为运用实时变姿态激光熔覆的方法成形具有弯曲特性的结构件奠定了基础。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种激光3D成形弯曲结构件的方法，其特征在于，用以成形不等高熔道，具体步骤如下：

S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格；

S2、确定当前弯曲结构件的曲率K以及弯曲结构件在弯曲半径方向上的尺寸L；

S3、在弯曲半径方向上将当前弯曲结构件等距的分成S个部分，弯曲结构件上的点分别记为1，2，3…S，S+1；

S4、根据步骤S1中获得的关系表格分别为当前弯曲结构件上的各个点赋予工艺参数；

S5、根据步骤S4确定的工艺参数开始进行激光熔覆，完成本步骤后回到步骤S2重新确定曲率K以及尺寸L；

所述熔道参数包括熔道高度，当前熔覆层第1个点的熔道高度为h₁，第t个点的熔道高度为h_t，这两个点的熔道高度要满足关系式：

$K\·h_1\·\[\frac{1}{K}+\frac{L}{S}(t-1)\]=h_t$

上述关系式中，K为曲率，S为弯曲结构件等分数量，L为弯曲结构件在弯曲半径方向上的尺寸。

2.如权利书1所述的激光3D成形弯曲结构件的方法，其特征在于，所述激光加工工艺参数包括激光扫描速度a、激光功率b与送粉速率d，所述熔道参数包括熔道高度h。

3.如权利书1所述的激光3D成形弯曲结构件的方法，其特征在于，所述弯曲结构件为弯曲墙，成形弯曲墙前需确定当前弯曲墙的曲率K以及弯曲墙的壁厚L。

4.如权利书1所述的激光3D成形弯曲结构件的方法，其特征在于，所述弯曲结构件为弯曲管件，成形弯曲管件前需确定当前弯曲管件的曲率K以及弯曲管件直径L。

5.如权利书1所述的激光3D成形弯曲结构件的方法，其特征在于，激光3D成形采用实时变姿态激光熔覆方法。

6.一种弯曲墙，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的方法成形。

7.一种弯曲管件，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的方法成形。