兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (7): 240564-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0564
郭一鸣1,*(), 张万元1, 宋世达2, 章晓勇2, 何非1, 王克鸿2
收稿日期:
2024-07-09
上线日期:
2025-08-12
通讯作者:
基金资助:
GUO Yiming1,*(), ZHANG Wanyuan1, SONG Shida2, ZHANG Xiaoyong2, HE Fei1, WANG Kehong2
Received:
2024-07-09
Online:
2025-08-12
摘要:
电弧增减材复合制造过程存在复杂的层积效应和热效应,可制造性受多种因素影响,难以有效评估,导致工序规划难且效率低。为解决上述问题,提出一种考虑焊道下塌现象的电弧增减材复合制造工序规划方法。分析了电弧增材不同区域成形质量与堆积高度间关系规律,构建基于水平集的目标零件和加工工具的隐式模型,提出基于分割面高度矩阵的初步加工序列构建方法,建立刀具干涉碰撞和零件成形效果评估方法,研发了基于粒子群优化算法的加工工序优化模型。通过仿真和实验验证了新方法的性能。研究结果表明,新方法能获得有效的电弧增减材工序交替方案,相比于传统规划方法效率更高,且更适合于电弧增材过程。
中图分类号:
郭一鸣, 张万元, 宋世达, 章晓勇, 何非, 王克鸿. 考虑焊道下塌现象的电弧增减材复合制造工序规划方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(7): 240564-.
GUO Yiming, ZHANG Wanyuan, SONG Shida, ZHANG Xiaoyong, HE Fei, WANG Kehong. A Process Planning Method for Wire Arc Hybrid Additive-subtractive Manufacturing Considering Weld Bead Sagging Phenomenon[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(7): 240564-.
工艺参数 | 数值 |
---|---|
焊道长度/mm | 100 |
焊道宽度/mm | 7~9 |
每道冷却时间/s | 40 |
焊接电流/A | 19.3~19.7 |
电弧电压/V | 117~127 |
焊接速度/(mm·s-1) | 10 |
保护气流量/(L·min-1) | 20 |
表1 WAAM实验工艺参数
Table 1 Process parameters of WAAM experiments
工艺参数 | 数值 |
---|---|
焊道长度/mm | 100 |
焊道宽度/mm | 7~9 |
每道冷却时间/s | 40 |
焊接电流/A | 19.3~19.7 |
电弧电压/V | 117~127 |
焊接速度/(mm·s-1) | 10 |
保护气流量/(L·min-1) | 20 |
H | H2 | H1 | H | H2 | H1 |
---|---|---|---|---|---|
9.67 | 5.5 | 4.17 | 59.33 | 48 | 11.33 |
14 | 7.5 | 6.5 | 63.5 | 52.5 | 11 |
18.67 | 10 | 8.67 | 68.67 | 57.5 | 11.17 |
22.67 | 14 | 8.67 | 73 | 62 | 11 |
27.67 | 19 | 8.67 | 77.5 | 66.5 | 11 |
33 | 23.5 | 9.5 | 82 | 70.5 | 11.5 |
38 | 28 | 10 | 85.67 | 74 | 11.67 |
41 | 31 | 10 | 90.33 | 78.5 | 11.83 |
45.67 | 35.5 | 10.17 | 94.5 | 83 | 11.5 |
50.5 | 40 | 10.5 | 97.33 | 85.5 | 11.83 |
55.33 | 44 | 11.33 | 101 | 88.5 | 12.5 |
表2 熄弧处坍塌高度数据
Table 2 Data from collapse height at arc extinguishing points mm
H | H2 | H1 | H | H2 | H1 |
---|---|---|---|---|---|
9.67 | 5.5 | 4.17 | 59.33 | 48 | 11.33 |
14 | 7.5 | 6.5 | 63.5 | 52.5 | 11 |
18.67 | 10 | 8.67 | 68.67 | 57.5 | 11.17 |
22.67 | 14 | 8.67 | 73 | 62 | 11 |
27.67 | 19 | 8.67 | 77.5 | 66.5 | 11 |
33 | 23.5 | 9.5 | 82 | 70.5 | 11.5 |
38 | 28 | 10 | 85.67 | 74 | 11.67 |
41 | 31 | 10 | 90.33 | 78.5 | 11.83 |
45.67 | 35.5 | 10.17 | 94.5 | 83 | 11.5 |
50.5 | 40 | 10.5 | 97.33 | 85.5 | 11.83 |
55.33 | 44 | 11.33 | 101 | 88.5 | 12.5 |
H | H4 | H3 | H | H4 | H3 |
---|---|---|---|---|---|
10.33 | 7.5 | 2.83 | 59.33 | 56 | 3.33 |
20 | 17 | 3 | 70 | 67.5 | 2.5 |
30.33 | 27.5 | 2.83 | 80.33 | 77 | 3.33 |
39.67 | 36.5 | 3.17 | 90 | 87 | 3 |
50.67 | 48 | 2.67 | 99.67 | 96.5 | 3.17 |
表3 焊道侧面坍塌高度数据
Table 3 Data from collapse heights at both the sides of weld bead mm
H | H4 | H3 | H | H4 | H3 |
---|---|---|---|---|---|
10.33 | 7.5 | 2.83 | 59.33 | 56 | 3.33 |
20 | 17 | 3 | 70 | 67.5 | 2.5 |
30.33 | 27.5 | 2.83 | 80.33 | 77 | 3.33 |
39.67 | 36.5 | 3.17 | 90 | 87 | 3 |
50.67 | 48 | 2.67 | 99.67 | 96.5 | 3.17 |
工艺参数 | 数值 |
---|---|
焊丝牌号 | ER5356铝合金 |
每道冷却时间/s | 30 |
焊接电流/A | 19.3~19.7 |
电弧电压/V | 117~127 |
保护气流量/(L·min-1) | 20 |
焊接速度/(mm·s-1) | 10 |
铣削速度/(r·min-1) | 600~1200 |
表4 实际制造过程主要工艺参数
Table 4 Main process parameters of actual processing
工艺参数 | 数值 |
---|---|
焊丝牌号 | ER5356铝合金 |
每道冷却时间/s | 30 |
焊接电流/A | 19.3~19.7 |
电弧电压/V | 117~127 |
保护气流量/(L·min-1) | 20 |
焊接速度/(mm·s-1) | 10 |
铣削速度/(r·min-1) | 600~1200 |
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doi: 10.11900/0412.1961.2019.00053 |
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