CN111331237A - 一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法 - Google Patents

一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111331237A
CN111331237A CN202010118337.8A CN202010118337A CN111331237A CN 111331237 A CN111331237 A CN 111331237A CN 202010118337 A CN202010118337 A CN 202010118337A CN 111331237 A CN111331237 A CN 111331237A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electron beam
modeling
control
numerical
graph
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010118337.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111331237B (zh
Inventor
耿永亮
郁炎
韩林举
刘希林
余巍
郭立栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Luoyang Shipbuilding Materials Research Institute 725th Research Institute Of China Shipbuilding Corp
Original Assignee
725th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 725th Research Institute of CSIC filed Critical 725th Research Institute of CSIC
Priority to CN202010118337.8A priority Critical patent/CN111331237B/zh
Publication of CN111331237A publication Critical patent/CN111331237A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111331237B publication Critical patent/CN111331237B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/06—Electron-beam welding or cutting within a vacuum chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/002—Devices involving relative movement between electronbeam and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0026—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0033—Preliminary treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法，包括以下步骤：设计表面造型图形及对应的矢量路径，表面造型图形进行数值化处理，得到数值化图形数据，并将该数值化数据传送给电子束加工设备控制，实现电子束表面快速造型。本发明将设计图形进行数值化处理，再通过数据点的交叉实现多种多样的图形快速设计，并通过数据方式传递给电子束焊机控制，实现不同类型图案、形状、阵列、交叉等电子束表面快速造型。

Description

一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法
技术领域
本发明属于金属材料表面处理领域，具体说的是一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法。
背景技术
传统的表面处理方法目前主要包括喷砂、喷丸、电火花、激光等技术，此类技术只能进行表面或近表面处理，形状和空间形态不可控，且存在加工效率低的缺点。电子束表面造型技术源自英国的一种前沿技术，它利用真空下电子束流对工件表面进行撞击，形成小尺度的熔池，同时结合电子束流移动，从而在表面张力和电子束作用力下形成定向的造型凸起结构。该技术具有形貌可控、无污染、加工效率高等优点，非常适合工件表面的造型处理，从而起到特定的功能用途。
目前已有的专利《一种电子束表面微造型的方法》(201310041083.4)，利用电子束只能按照点、直线段、圆弧形式进行扫描移动，路径样式单一，方法传统，只能基于电子束焊机厂家提供的图形软件进行控制，图形设计及控制局限性明显，尤其在多点交叉、快速变向等方面。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法，将设计图形进行数值化处理，再通过数据点的交叉实现多种多样的图形快速设计，并通过数据方式传递给电子束焊机控制，实现不同类型图案、形状、阵列、交叉等电子束表面快速造型。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法，包括以下步骤：设计表面造型图形及对应的矢量路径，表面造型图形进行数值化处理，得到数值化图形数据，并将该数值化数据传送给电子束加工设备控制，实现电子束表面快速造型。
表面造型图形为单体图形和阵列图形两种形式，阵列图形是将单体图形进行规则排列成阵列。
表面造型图形进行数值化处理的具体方法是：
步骤1.1、将矢量路径进行数值化处理，即将矢量内部进行插值，X方向步长方式利用等比或等差方式进行，对应Y方向插值按照表面造型图形进行函数计算或样条插值，得到X方向数值点和Y向数值点；
步骤1.2、数值化处理过程中每个矢量路径的插值点数N按照设计需要进行设定，表面造型图形中的每个矢量路径均可单独设置独立的点数Ni，其中
Figure BDA0002392167420000021
i＝1、2、3……；
步骤1.3、可按照需要将数值插值得到的x、y数值点进行交叉，得到一系列坐标数值点，将矢量图形转变为可用于电子束表面造型控制的数据点。
电子束加工设备控制的具体实现方法为：
步骤2.1、将待表面造型的工件装入电子束加工设备中，并制取真空，待真空达到所需条件后，进行电子枪校准；
步骤2.2、电子枪角度控制SW值设定，其中SW值表示电子枪校准主要进行电子枪扫描控制和实际平台运动距离间匹配，电子枪控制为角度控制，需要将电子枪的角度与图形的幅值间进行转换；
步骤2.3、频率设定：将电子束表面造型控制的数据点上传至电子枪扫描模块中，电子束控制每秒实现点切换上限为电子束加工设备高速扫描上限，图形数据点最高频率为
Figure BDA0002392167420000022
步骤2.4、图形幅值H设定：设定待处理表面的范围，即X0和Y0；
步骤2.5、开启电子束束流，电子束可按照电子束表面造型控制的数据点进行快速移动，持续设定时间后实现在工件表面造型，电子束束流0.5-10mA，扫描频率H：1-10000HZ，图形幅值范围：0.1-100mm，处理时间1-1200s。
本发明有益效果是：本发明提供的为一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法，将传统的图形设计变为矢量化，增加了矢量方向和矢量曲线等图案设计方法，首次通过多种途径将矢量图形进行数值化处理，提高数据可编辑性，从而提高电子束表面造型灵活性和多样性。同时本发明能够在既定的电子束造型工艺下可以实现不同类型图案、形状、阵列、交叉等快速造型。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的图形设计示意图；
图3为本发明的图形矩形阵列图；
图4为本发明的图形环形阵列图；
图5为本发明的图形数值化处理图。
具体实施方式
本发明共分为图形设计、数值化处理和电子束高速扫描三个步骤，过程如图1所示；
一、图形设计
1、设计表面造型图形及对应矢量路径，其中图形可由多类曲线(点、直线和曲线)、区域图案(矩形、梯形、扇形、圆等)构成，以下内容矢量路径以矢量曲线为例；
2、图形设计通常为单体图形和阵列图形两种方式，其中阵列图形通常是将单体图形进行矩形(如图3所示)、环形(如图4所示)等规则阵列排列；
3、单体图形由1个或多个矢量曲线组合形成，如图2所示，矢量曲线可为直线或曲线，矢量曲线的起始点通常交汇于一点或相近一点，如图形尺寸为10mm时，各个矢量曲线起始点距离需≤5mm；
二、图形数值化处理
1、将矢量曲线进行数值化处理，即将矢量曲线内部进行插值，X方向步长方式可利用等比或等差方式进行，对应Y方向插值按照图形进行函数计算或样条插值，得到X方向数值点和Y向数值点；
2、数值化过程中每个矢量曲线(OP、OQ…)插值点数N按照设计需要进行设定，图形中的每个矢量曲线(点、直线或曲线)均可单独设置独立的点数Ni，其中
Figure BDA0002392167420000031
i＝1、2、3……；
3、可按照需要将数值插值得到的x、y数值点进行交叉，图5所示为两条曲线交叉过程示意图，原顺序为O、P1、P2…PN1、O、Q1、Q2…QN2。经过交叉后顺序变为O、P1、Q1、P2、，Q2…PN1，、QN2。利用此方法可扩展至多条或全部曲线交叉，可获得一种新的造型路径方法；
4、经过上述步骤处理后可得到一系列坐标数值点，实现将矢量图形转变为可用于电子束表面造型控制的数据点；
三、电子束表面造型控制
1、将待表面造型的工件装入电子束加工设备中，并制取真空，待真空达到所需条件后(如5×10-2Pa)，进行电子枪校准；
2、电子枪角度控制SW值设定，其中SW值表示电子枪校准主要进行电子枪扫描控制和实际平台运动距离间匹配，电子枪控制为角度控制，需要将电子枪的角度与图形的幅值间进行转换，该步骤可由电子束设备内部计算转换，即确定电子枪的SW值，最终将SW值设置到电子枪控制程序内即可；
3、频率设定：将电子束表面造型控制的数据点上传至电子枪扫描模块中，电子束控制每秒实现点切换上限为N0＝106个(电子束焊机型号的高速扫描上限)，因此图形数据点最高频率为
Figure BDA0002392167420000041
4、图形幅值H设定：设定待处理表面的范围，即X0和Y0；
5、开启电子束束流，电子束可按照电子束表面造型控制的数据点进行快速移动，持续设定时间后实现在工件表面造型，电子束束流0.5-10mA，扫描频率H：1-10000HZ，图形幅值范围：0.1-100mm，处理时间1-1200s。
以下实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
本发明提供了一种铝合金表面造型方法。具体步骤如下：
1、按照所需三维造型形状设计图形，本实施例中为C型曲线环形阵列而成，将其中一条C曲线幅值(10×5mm)分为N1＝100个数据点，通过数据点进行数值计算，形成环形阵列(32份)，整个图形共计N＝3200个点，此时最高频率为106/N＝3125HZ，再将每个曲线中数据进行交叉排序，形成新的数据组。最后将数据导入至电子束焊机控制系统。
2、将工件待焊表面进行表面机械处理，用丙酮、酒精溶剂或超声波清洗去除油污，然后放置至电子束焊机内部，工件至电子枪距离约为800mm，开始抽真空至1×10-2Pa。
3、按照既定工艺进行表面处理，在5A06铝合金中，所采用工艺如下：
电子束束流5.5mA，扫描频率50HZ，图形幅值80×80mm(X0×Y0)，持续处理时间：300s，最终获得表面造型高度为14mm。

Claims (4)

1.一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法，其特征在于：包括以下步骤：设计表面造型图形及对应的矢量路径，表面造型图形进行数值化处理，得到数值化图形数据，并将该数值化数据传送给电子束加工设备控制，实现电子束表面快速造型。
2.如权利要求1所述的一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法，其特征在于：表面造型图形为单体图形和阵列图形两种形式，阵列图形是将单体图形进行规则排列成阵列。
3.如权利要求1所述的一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法，其特征在于：表面造型图形进行数值化处理的具体方法是：
步骤1.1、将矢量路径进行数值化处理，即将矢量内部进行插值，X方向步长方式利用等比或等差方式进行，对应Y方向插值按照表面造型图形进行函数计算或样条插值，得到X方向数值点和Y向数值点；
步骤1.2、数值化处理过程中每个矢量路径的插值点数N按照设计需要进行设定，表面造型图形中的每个矢量路径均可单独设置独立的点数Ni，其中
Figure FDA0002392167410000011
i＝1、2、3……；
步骤1.3、可按照需要将数值插值得到的x、y数值点进行交叉，得到一系列坐标数值点，将矢量图形转变为可用于电子束表面造型控制的数据点。
4.如权利要求4所述的一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法，其特征在于：电子束加工设备控制的具体实现方法为：
步骤2.1、将待表面造型的工件装入电子束加工设备中，并制取真空，待真空达到所需条件后，进行电子枪校准；
步骤2.2、电子枪角度控制SW值设定，其中SW值表示电子枪校准主要进行电子枪扫描控制和实际平台运动距离间匹配，电子枪控制为角度控制，需要将电子枪的角度与图形的幅值间进行转换；
步骤2.3、频率设定：将电子束表面造型控制的数据点上传至电子枪扫描模块中，电子束控制每秒实现点切换上限为电子束加工设备高速扫描上限，图形数据点最高频率为
Figure FDA0002392167410000012
步骤2.4、图形幅值H设定：设定待处理表面的范围，即X0和Y0；
步骤2.5、开启电子束束流，电子束可按照电子束表面造型控制的数据点进行快速移动，持续设定时间后实现在工件表面造型，电子束束流0.5-10mA，扫描频率H：1-10000HZ，图形幅值范围：0.1-100mm，处理时间1-1200s。
CN202010118337.8A 2020-02-26 2020-02-26 一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法 Active CN111331237B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010118337.8A CN111331237B (zh) 2020-02-26 2020-02-26 一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010118337.8A CN111331237B (zh) 2020-02-26 2020-02-26 一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111331237A true CN111331237A (zh) 2020-06-26
CN111331237B CN111331237B (zh) 2021-07-30

Family

ID=71175734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010118337.8A Active CN111331237B (zh) 2020-02-26 2020-02-26 一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111331237B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112846475A (zh) * 2021-01-04 2021-05-28 中国航空制造技术研究院 液冷冷板的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2401963B (en) * 2003-05-23 2005-07-20 Hitachi Ltd Parallel fast fourier transformation method of concealed-communication type
CN103084726A (zh) * 2013-02-01 2013-05-08 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种电子束表面微造型的动态加工方法
CN103111749A (zh) * 2013-02-01 2013-05-22 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种电子束表面微造型的方法
CN103480967A (zh) * 2013-09-09 2014-01-01 温州大学 一种铝合金表面的激光扫描选择性着色方法
CN107649777A (zh) * 2017-08-01 2018-02-02 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种钛合金针翅管电子束制备方法
CN107856309A (zh) * 2017-11-06 2018-03-30 沈阳航空航天大学 一种增材制造与再制造快速路径规划方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2401963B (en) * 2003-05-23 2005-07-20 Hitachi Ltd Parallel fast fourier transformation method of concealed-communication type
CN103084726A (zh) * 2013-02-01 2013-05-08 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种电子束表面微造型的动态加工方法
CN103111749A (zh) * 2013-02-01 2013-05-22 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种电子束表面微造型的方法
CN103480967A (zh) * 2013-09-09 2014-01-01 温州大学 一种铝合金表面的激光扫描选择性着色方法
CN107649777A (zh) * 2017-08-01 2018-02-02 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种钛合金针翅管电子束制备方法
CN107856309A (zh) * 2017-11-06 2018-03-30 沈阳航空航天大学 一种增材制造与再制造快速路径规划方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112846475A (zh) * 2021-01-04 2021-05-28 中国航空制造技术研究院 液冷冷板的制备方法
CN112846475B (zh) * 2021-01-04 2022-04-12 中国航空制造技术研究院 液冷冷板的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111331237B (zh) 2021-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10682716B2 (en) Method for rapidly forming a part using combination of arc deposition and laser shock forging and device implementing same
CN208391288U (zh) 一种大型复杂曲面动态聚焦激光加工系统
US11833615B2 (en) Method for preparing multiple-material variable-rigidity component by efficient collaborative additive manufacturing
CN107217253B (zh) 一种光-粉-气同轴输送激光熔覆冲击锻打成形复合制造方法
CN203227820U (zh) 一种不等宽构件的激光直接成形装置
CN112149198B (zh) 一种电弧熔丝增材制造路径生成方法
KR20150115597A (ko) 적층 조형 장치 및 적층 조형 방법
CN111331237B (zh) 一种基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法
JP6980963B2 (ja) 荷電粒子ビームステアリング装置または方法
CN105921851A (zh) 一种不锈钢零件弧焊增材制造方法
CN109732183B (zh) 一种磁控等离子弧增材制造方法
CN105252002B (zh) 一种施加持续均匀正压进行金属增材制造的装置与方法
CN105945283A (zh) 移动粉床式电子束快速成型制造方法
CN110722253A (zh) 一种电弧增材混合制造复杂悬空结构支撑件的制造方法
CN106925776A (zh) 一种控制增材制造应力变形的分区域扫描路径生成方法
CN201471078U (zh) 焊缝磁偏转寻迹及磁扫描电子束焊接系统
CN101628359B (zh) 焊缝磁偏转寻迹及磁扫描电子束焊接系统和焊接方法
CN103706938B (zh) 一种利用多热源控制残余应力的电子束焊接的方法及系统
CN109435227B (zh) 多模型三维打印装置和方法
EP3804883A1 (en) Method of applying a plurality of energy beams in additive manufacturing
CN206122695U (zh) 实现电子束宽幅扫描的控制装置以及增材制造设备
CN107234239B (zh) 机器人姿态控制的电弧沉积激光锻打增材制造方法和装备
CN111421202B (zh) 一种超大金属构件多机器人协同增材平台及增材方法
CN108372299B (zh) 一种低应力电子束快速成形装置及成形方法
JP2023529817A (ja) 積層造形におけるレーザアレイの角度走査

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240108

Address after: No. 169, Binhe South Road, Luolong District, Luoyang City, Henan Province

Patentee after: Luoyang Shipbuilding Materials Research Institute (725th Research Institute of China Shipbuilding Corp.)

Address before: No.32 Binhe North Road, high tech Zone, Luoyang City, Henan Province

Patentee before: CHINA SHIPBUILDING INDUSTRY CORPORATION NO.725 Research Institute