CN107262716B - 一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法，包括以下步骤：(1)拍摄获取薄壁件照片，将薄壁件照片导入制图软件，以在制图软件中形成模型件，模型件具有因塌陷而缺少的部分形貌，将模型件因塌陷而缺少的部分形貌视为缺陷等截面体，处理后获得缺陷等截面体的体积V1；(2)通过模拟的方式，在缺陷等截面体的位置上采用激光停滞的方法以堆积形成缺陷等截面体，计算形成该等截面体所需停滞总时间T；(3)在相同工艺参数下，通过停滞总时间T计算得到激光束在缺陷等截面体所在坐标位置上的每层停滞时间t；(4)在相同工艺参数下，激光束在缺陷等截面体所在坐标位置上每层停滞时间为t，使其逐层堆积直至获得模型件实体。

Description

一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法
技术领域
本发明涉及一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法，具体涉及一种通过控制激光束在成形件端部停滞一定时间的方法来解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的问题。
背景技术
薄壁零构件由于质量轻、易于加工、生产成本较低等优势而被广泛应用于各工程领域，如各种民用支柱、桁架、力臂、横梁、底座以及军用航空飞机机翼、叶片等。传统的加工薄壁零构件的方法多为机加工，通过对毛坯去除材料加工成形，这样对材料的利用率较低。激光熔覆成形技术是利用计算机生成零件的三维CAD实体模型，再利用切片分层的方法将三维实体信息转化为若干维轮廓信息，然后将金属粉末按照规划路径填满二维轮廓，最后堆积成三维实体零件。该技术对材料的利用率较高，适合加工薄壁零构件。
然而，激光熔覆成形技术加工薄壁件时常常会存在不同的缺陷，如开放式薄壁件端部的塌陷。塌陷的产生不仅影响了零件的外观形貌，甚至使零件加工无法继续而导致报废。因此，在如何利用激光熔覆成形技术加工薄壁件对材料利用率高这一优势上，解决开放薄壁件端部塌陷问题变得刻不容缓。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)拍摄获取薄壁件照片，将所述薄壁件照片导入制图软件，以在制图软件中形成模型件，所述模型件具有因塌陷而缺少的部分形貌，将所述模型件因塌陷而缺少的部分形貌视为缺陷等截面体，通过制图软件处理以获得缺陷等截面体的体积V1；
(2)通过模拟的方式，当激光束扫描至所述缺陷等截面体的位置时停滞以堆积形成缺陷等截面体，计算形成所述缺陷等截面体时激光束所需停滞总时间T；
(3)得到激光束所需停滞总时间T，并通过停滞总时间T计算得到激光束在缺陷等截面体所在坐标位置上的每层停滞时间t；
(4)得到每层停滞时间t后，使得激光束在所述薄壁件的缺陷等截面体所在的坐标位置上每层停滞时间为t，使其逐层堆积直至获得最后模型件实体。
进一步的，
所述薄壁件照片至少包括缺陷等截面体及单道等截面体，所述缺陷等截面体的体积V1计算公式如下：
V1＝S1*d，其中S1为缺陷等截面体的横截面积，d为薄壁件的实际壁厚。
进一步的，所述激光束停滞总时间T为V1/S2*f，其中S2为单道等截面体的横截面积，f为激光扫描速度。
进一步的，所述激光束在每层停滞的平均时间t为T/N。
进一步的，所述缺陷等截面体堆积的扫描方式包括单向扫描或双向扫描。
本发明的有益效果在于：拍摄获取薄壁件照片，将薄壁件照片导入制图软件，以在制图软件中形成模型件，将模型件因塌陷而缺少的部分形貌视为缺陷等截面体，该等截面体的体积为V1，通过模拟的方式，在缺陷等截面体的位置上采用激光停滞的方法以堆积形成缺陷等截面体，计算形成缺陷等截面体所需停滞总时间T，从而得出激光束在每层塌陷部位停滞时间t，再在相同工艺参数下，使激光束在每层端部塌陷停滞时长为t，使其逐层堆积直至获得最后成形件，使薄壁件端部体积得到补充，有效防止端部塌陷的产生，很好的提高了薄壁件的利用率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为熔覆单道的结构示意图。
图2为直墙及因塌陷形成的缺陷等截面体示意图。
图3为导入制图软件的直墙。
图4为激光加载形成的熔覆单道及其等截面体示意图。
图5为导入制图软件的熔覆单道横截面。
图6为激光加载后的关光熔覆点。
图7为激光加载成形的直墙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图1，一条完整的熔覆单道由开光熔覆3、单道等截面体2及关光熔覆点1构成。开光熔覆点3类似球缺形状，关光熔覆点1略有塌陷，实验堆积中，由于模型件在关光熔覆点1端部有形状误差累积，导致最终成形件在关光熔覆点1处塌陷而导致实验无法继续。为使得熔覆单道的关光熔覆点1足够饱满需要在该处提供足够的能量，可采用激光加载的方法对其进行能量补充。
请参见图2至图3、图6及图7，本发明方法包括以下步骤：
(1)拍摄获取薄壁件照片，该薄壁件可为直墙，将所述直墙照片导入制图软件，以在制图软件中形成模型件5，所述模型件5具有因塌陷而缺少的部分形貌4，将所述模型件因塌陷而缺少的部分形貌4视为缺陷等截面体，通过制图软件处理以获得缺陷等截面体4的体积V1；
(2)通过模拟的方式，当激光束扫描至所述缺陷等截面体4的位置时停滞以堆积形成缺陷等截面体4，计算形成所述缺陷等截面体4所需停滞总时间T；
(3)得到激光束所需停滞总时间T，并通过停滞总时间T计算得到激光束在缺陷等截面体4所在坐标位置上的每层(即熔覆单道)停滞时间t；
(4)得到每层停滞时间t后，激光束在缺陷等截面体4所在坐标位置上每层停滞时间为t，使关光熔覆点1’得到填充使其饱满平整化，得到一条完整的熔覆单道，再使其逐层堆积直至获得最后模型件实体5’。
上述发明方法中的制图软件可为AutoCAD，将直墙照片导入AutoCAD中，通过AutoCAD的“特征”命令，对缺陷等截面体4的边缘进行曲线拟合，获得该部分在主视图中的横截面7的面积S1，根据直墙的实际壁厚d，求得成形件因塌陷而形成的缺陷等截面体的体积V1。
请参见图4及图5，将相同工艺参数条件下的熔覆单道6用DK77500型电火花切割机沿扫描垂直方向切割获得熔覆单道横截面8。将其用砂纸打磨后，拍摄照片并将照片导入AutoCAD中，利用圆弧对熔覆单道6边缘进行曲线拟合，通过AutoCAD的“特征”命令，提取截面轮廓线，获得该单道等截面体的横截面8的面积S2。
请结合图2至图5，本发明方法的一较佳实施例确定的工艺参数激光输出功率P＝800w，激光扫描速度f＝8mm/s，离焦量D＝-3.5mm，由上述可得：
V1＝S1*d＝S2*f*T，则S1*d＝S2*f*T；
可得：T＝S1*d/S2*f。
在上述工艺参数下对直墙堆积50层后，将直墙照片导入AutoCAD中，处理后获得缺陷等截面体4的横截面7的面积S1＝20.12mm2，直墙的实际壁厚d＝3.26mm，熔覆单道6的横截面8的面积S2＝1.66mm2，
根据公式T＝S1*d/S2*f，求得T＝5s，t＝0.1s。
请参见图6及图7，为验证理论的正确性，采用上述一较佳实施例的同样的工艺参数采用激光加载的方法，使激光加载时间为0.1s，进行单道熔覆与直墙堆积实验。实验得到的熔覆单道的关光熔覆点1’形状饱满，堆积成形的直墙3’的端部也实现平整化，有效的避免了塌陷的产生。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)拍摄获取薄壁件照片，将所述薄壁件照片导入制图软件，以在制图软件中形成模型件，所述模型件具有因塌陷而缺少的部分形貌，将所述模型件因塌陷而缺少的部分形貌视为缺陷等截面体，通过制图软件处理以获得缺陷等截面体的体积V1；
(2)通过模拟的方式，当激光束扫描至所述缺陷等截面体的位置时停滞以堆积形成缺陷等截面体，计算形成所述缺陷等截面体时激光束所需停滞总时间T；
(3)得到激光束所需停滞总时间T，并通过停滞总时间T计算得到激光束在缺陷等截面体所在坐标位置上的每层停滞时间t；
(4)得到每层停滞时间t后，使得激光束在所述薄壁件的缺陷等截面体所在的坐标位置上每层停滞时间为t，使其逐层堆积直至获得最后模型件实体。
2.如权利要求1所述一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法，其特征在于：所述薄壁件照片至少包括缺陷等截面体及单道等截面体，所述缺陷等截面体的体积V1计算公式如下：
V1＝S1*d，其中S1为缺陷等截面体的横截面积，d为薄壁件的实际壁厚。
3.如权利要求1或2所述一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法，其特征在于：所述激光束停滞总时间T为V1/S2*f，其中S2为单道等截面体的横截面积，f为激光扫描速度。
4.如权利要求3所述一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法，其特征在于：所述激光束在每层停滞的平均时间t为T/N。
5.如权利要求1所述一种用于解决激光熔覆成形开放薄壁件端部塌陷的方法，其特征在于：所述缺陷等截面体堆积的扫描方式包括单向扫描或双向扫描。
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