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深度解析基於機器人堆焊增材製造工藝與方法研究

為了適應當今製造業市場日趨激烈的競爭環境,企業要在*短的時間內設計、加工與製造出來符合消費者個性要求的產品。增材製造作為一種“自下而上”的製造方法,能滿足製造業對於零件的快速設計製造與加工過程柔性化的要求,因此近年來受到了業界的廣泛關注。 相比於其他幾種增材製造技術如SLS、FDM、LOM等,堆焊成形具有在低成本下生產組織致密且力學性能好的特點,因此該技術有望發展為麵向民用市場大批量生產的增材製造技術。耐磨堆焊

但是,目前基於堆焊的增材製造技術研究還不夠深入,成形零件距能達到實際應用的要求還有較大差距,其中主要體現在如下兩點:


1) 由於堆焊工藝中弧坑塌陷造成的成形尺寸不*。


2) 成形零件表麵粗糙無法滿足使用要求。

解決堆焊成形的弧坑塌陷問題,主要是通過優化成形路徑予以解決的。其中,堆焊成形路徑描述了焊接過程中的焊道起弧、停弧的位置以及焊縫間的空間位置及時間順序。目前國內外許多學者對堆焊成形的路徑規劃進行了研究。例如,美國肯塔基大學的張裕明等人采用了對切片的輪廓線進行環狀掃描,而對內部的填充則采用往複“Z”字形掃描的方式,消除了由於焊接過程中的起弧和斷弧處造成的焊接缺陷和不連續性,使一層內的熔焊堆積一次性完成。英國諾丁漢大學J D Spencer等人開發出一種“兩次螺旋堆積”的路 徑規劃方式,消除了焊接中焊縫重熔對零件輪廓的破壞。 對於零件表麵粗糙的問題,則需要在加工的過程引入其他加工方法使零件表麵光滑。


研究人員設計了一種由弧焊機器人、數控銑床、拋丸機以及支撐材料堆積係統組成的複合四工位的快速成形係統。在其工作過程中,弧焊機器人每完成一條焊道,其多餘的部分將會被銑削掉並進行拋丸去應力,在堆積支撐材料之後進行下一層的堆焊。此方法的優點在於零件成形精度高,表麵質量好同時生產效率高。 在本文的實驗研究中,作者提出了一整套堆焊成形的工藝,基於機器人堆焊製得了一個成品零件。在堆焊成形方麵,優化了堆焊成形的路徑規劃方法,解決了弧坑塌陷的問題,並堆焊出單壁牆體零件,驗證了該方法的成形效果;在成形後零件的後處理方麵,本次實驗采取了電解加工的方式對零件進行精密修形,以解決由於堆焊成形的零件表麵過於粗糙難以滿足使用要求的問題。


1 實驗條件與過程


1.1 實驗條件


本次實驗的堆焊成形係統如圖1所示,其中主要設備的型號分別為MOTOMAN HP6弧焊機器人、NX100機器人控製器以及TPS400型數字化焊機及其專用機器人接口ROB5000。除此之外,實驗設備還包括一台自製電解加工設備對零件進行後處理。實驗材料為直徑1.2mm的H08Mn2Si焊絲、直徑1.2mm的5356鋁合金焊絲、保護氣、Ar氣、20%氯化電解液、Q235鋼板/管以及6061-T6鋁合金板/管。 󰀔 󰀕󰀖󰀗 󰀘



1.2 實驗方法


首先進行焊接工藝參數對成形的影響規律實驗研究,分別得出適合低碳鋼和鋁合金堆焊成形的工藝參數。然後在合適的工藝參數下分別對預定的低碳鋼和鋁合金零件進行堆焊成形,對比不同路徑規劃對成形效果的影響。*終用電解加工的方式對零件進行精密修形,得到表麵光滑的零件。