北京工业大学陈树君教授:基于多点支撑固定系统对电弧增材制造变形的动态控制


【引言】

增材制造是一种逐层累加的成型技术,具有成品原料比高,设计灵活性,生产周期短等优点。电弧增材制造是用焊接电弧来熔化金属丝,实现增材制造。和其他方法相比,在制造大型构件时,具有成本低,效率高的优点。但增材制造过程中焊接变形和变形会减低结构件的疲劳寿命、耐蚀性和加工精度等。和焊接过程中的变形控制不同,增材制造的结构件形状复杂,并且需要重复的加热和冷却,所以需要针对增材制造的特点,探究独特、有效的变形控制技术。

【成果简介】

近日,北京工业大学陈树君教授(通讯作者)Science and Technology of Welding and Joining上发表了最新的研究成果“In-process control of distortion in wire and arc additive manufacturing based on a flexible multi-point support fixture”。在该文中,提出了一种新型的多点支撑固定系统(FMSF),能够动态调控加工面和约束力,进而实现加工过程中的动态变形控制。

【图文导读】

图1 FMSF装置

(a)FMSF装置实物图

(b)用于不规则基体的FMSF示意图

(c)用于复杂加工路径的FMSF示意图

图2 不同模式下的FMSF力/位移跟踪行为

(a)位移控制模式(DCM)

(b)力控制模式(FCM)

图3 简化的棒-弹簧模型

(a)无外部约束

(b)有外部约束

图4 固有应变随温度的变化过程

(a)没有外部约束

(b)FMSF约束

图5 三维有限元模型


图6 沉积层为两层时,角变形的实验值和模拟值的比较

(a)沉积层1

(b)沉积层2

图7 有限元模拟得到的角变形和纵向弯曲变形随约束力的变化情况


图8 不同约束下,沉积层为两层时的角变形


(a)FMSF

(b)施加刚性固定

(c)施加弹性约束

图9 沉积层为两层时,纵向弯曲变形分析

(a)无约束

(b)FMSF约束

【小结】

本文基于FMSF系统,提出了一种用于电弧增材制造的动态变形控制技术。主要结论如下:

(1)FMSF能够快速调整加工面来适应不同形状的工件(如曲面)。和传统的约束法相比,这是一种高效、经济的措施。

(2)FMSF能够根据熔敷层层数动态调整约束力从而有效控制固有应变。随着熔敷层层数的增加,需要的约束力越来越小。

(3)实验测得的角变形减小96.3%,纵向弯曲变形减小86.5%。

(4)对于增材制造,只施加刚性约束或弹性约束来控制变形的效果远不如FMSF。这是因为只施加刚性约束不能减小释放约束以后的回弹变形,弹性约束不能随着熔敷层层数的变化动态调整。

文献链接In-process control of distortion in wire and arc additive manufacturing based on a flexible multi-point support fixture(Science and Technology of Welding and Joining,2018,DOI: 10.1080/13621718.2018.1476083)。

本文由材料人编辑部金属组 杨树 供稿,欧洲足球赛事 编辑整理。

材料人建有焊接微信交流,如有需要,欢迎添加微信号cailiaokefu入群。

材料人网专注于跟踪材料领域滚球体育 及行业进展,这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者,如果您对于跟踪材料领域滚球体育 进展,解读高水平文章或是评述行业有兴趣,点我加入编辑部

欢迎大家到材料人宣传滚球体育 成果并对文献进行深入解读,投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及内容合作可加编辑微信:cailiaokefu

材料测试、数据分析,上测试谷

分享到