基于机器人的熔覆快速再制造成形基础研究

发布时间：2017-03-29 19:18

  本文关键词：基于机器人的熔覆快速再制造成形基础研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：再制造具有高效、低成本、少污染的特点，是绿色技术的重要组成部分，是21世纪实现可持续发展的新技术。作为再制造工程的一个重要的分支，机械再制造能够使损坏或报废的设备零部件恢复性能或超过新产品性能。常见的用于再制造的工艺有热喷涂、粘结、刷镀和熔覆等，将这些技术和快速成形技术相结合能够方便、快捷的完成对缺损零部件的修复。熔覆成形技术能够实现材料间的冶金结合，制造出致密度高、力学性能优异的零件，成为矿山、石油、汽轮机等大型设备再制造的主要技术。常见的熔覆热源有电弧、激光和等离子弧，等离子弧熔覆效率较低、激光熔覆的成本较高。本文建立了基于六自由度弧焊机器人的快速再制造成形实验平台，并对熔覆成形过程的中相关基础问题进行了研究。 建立了基于弧焊机器人的快速成形实验平台。通过对松下弧焊机器人DTPS软件二次开发，可将路径数据直接转换为机器人可识别的数控文件，实现成形过程的自动化；设计了循环水冷和刚性约束控制模块，，通过实验表明这两种措施对零件的变形能够进行有效控制；搭建了测温系统，实时测量成形过程的温度场，以便对熔覆成形的热力学进行研究。 对熔覆成形工艺参数进行了研究。通过设计正交试验建立了成形轨迹与熔覆成形工艺参数间的数学模型。改善了成形过程中溅射大、气孔等工艺参数设置不当出现问题；通过熄弧处停留时间和往复堆积方法消除了垂直堆积出现的“缩尾”现象；在拐角处使用减速法和小电流法能够解决“小拐角”堆积时拐角处叠加增大的问题；研究了水平堆积过程中相邻两道的搭接模型和垂直堆积中高度的变化规律；对成形三维零件的几何尺寸设计进行了研究。 对熔覆成形过程的温度场进行了数值模拟研究。建立了有限元模型，使用ANSYS的“单元生死法”模拟堆积过程的动态累积，建立的有限元模型得到的结果与实验结果吻合。研究了单道单层、单道多层、多道单层熔覆成形过程的温度场演变规律，除第一道仅经过焊后加热处理外，每一道都经历了焊前预热和焊后加热处理，相邻两道之间存在重熔现象。通过优化熔覆方向、相邻两焊道间停留时间等措施可以减小零件的变形。
【关键词】：再制造 快速成形 数值模拟 熔覆
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP242;TH16
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 快速再制造成形技术的发展及意义8-10
• 1.1.1 再制造技术8
• 1.1.2 快速成形技术8-9
• 1.1.3 金属 RP 技术与再制造技术的融合9-10
• 1.2 基于熔覆的快速再制造技术的发展和研究现状10-14
• 1.2.1 激光熔覆成形工艺11-12
• 1.2.2 堆焊熔覆成形工艺12-13
• 1.2.3 熔覆修复过程的自动化研究13-14
• 1.3 主要的研究内容和技术路线14-16
• 第2章 基于机器人的快速再制造成形系统平台16-33
• 2.1 快速再制造成形实验平台16-18
• 2.1.1 六自由度弧焊机器人16-17
• 2.1.2 实验工作平台17-18
• 2.2 快速再制造成形软件18-22
• 2.2.1 成形轨迹数控代码生成18-19
• 2.2.2 机器人数控代码生成19-22
• 2.3 温度采集系统建立22-27
• 2.3.1 温度测量方式的选择22
• 2.3.2 温度采集系统设计22-23
• 2.3.3 成形温度的实时采集23-25
• 2.3.4 成形温度采集实验25-27
• 2.4 循环水冷温度控制方式27-29
• 2.4.1 连续多道堆积研究27-28
• 2.4.2 单道堆积温度循环28-29
• 2.5 刚性约束控制对变形的影响29-31
• 2.6 本章小结31-33
• 第3章 成形实验研究33-51
• 3.1 基本成形参数研究33-38
• 3.1.1 正交试验设计33-34
• 3.1.2 实验结果分析34-35
• 3.1.3 实验结果的回归分析35-38
• 3.2 路径扫描基础实验38-40
• 3.3 二维成形实验研究40-47
• 3.3.1 二维水平堆积成形40-41
• 3.3.2 二维垂直堆积成形41-42
• 3.3.3 二维堆积成形研究42-46
• 3.3.4 二维堆积成形样例46-47
• 3.4 三维成形实验47-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 成形过程数值模拟研究51-76
• 4.1 成形过程数值模拟技术51-58
• 4.1.1 成形过程数值模拟意义51-52
• 4.1.2 成形过程温度场的数学模型52-54
• 4.1.3 成形热源模型54-57
• 4.1.4 熔覆成形过程处理及参数57-58
• 4.2 单道成形数值模拟研究58-63
• 4.2.1 模型建立58-59
• 4.2.2 模拟温度数据与实验温度数据对比分析59-60
• 4.2.3 循环水冷方式下温度场60-61
• 4.2.4 循环水冷方式下结构场61-63
• 4.3 单道多层成形数值模拟研究63-71
• 4.3.1 单道多层熔覆成形模型64
• 4.3.2 模拟温度数据和实验温度数据对比分析64-66
• 4.3.3 熔覆快速成形的热循环66-67
• 4.3.4 温度梯度67-68
• 4.3.5 不同熔覆方向温度场对比研究68-71
• 4.4 多道单层成形数值模拟研究71-74
• 4.4.1 多道单层熔覆成形模型71-72
• 4.4.2 相邻两道间不同停留时间的影响72-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第5章 总结与展望76-78
• 5.1 总结76
• 5.2 展望76-78
• 参考文献78-80
• 硕士期间发表论文80-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邢忠,姜爱良,谢建军,冯义成;汽车发动机再制造效益分析及表面工程技术的应用[J];中国表面工程;2004年04期

2 薛蕾;陈静;张凤英;张霜银;黄卫东;;飞机用钛合金零件的激光快速修复[J];稀有金属材料与工程;2006年11期

3 熊忠琪;邓琦林;周春燕;高宾;;磨损零件的激光熔覆修复实验研究[J];电加工与模具;2009年01期

4 王裕平;陈光林;;报废汽车废旧零部件的回收利用如何破局[J];广西节能;2009年01期

5 莫春立,钱百年,国旭明,于少飞;焊接热源计算模式的研究进展[J];焊接学报;2001年03期

6 王煜,赵海燕,吴u&,张建强;高能束焊接双椭球热源模型参数的确定[J];焊接学报;2003年02期

7 郭晓凯;李培麟;陈俊梅;陆皓;;加速步长法反演多丝埋弧焊双椭球热源模型参数[J];焊接学报;2009年02期

8 马坤明;罗宇;王江超;;304L不锈钢结构焊接变形分析[J];焊接学报;2010年01期

9 李培麟;陆皓;;双椭球热源参数的敏感性分析及预测[J];焊接学报;2011年11期

10 关桥;发动机叶片与部件修复工程中的焊接技术(上)[J];航空工艺技术;1993年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 丁冬平;基于焊接机器人的熔焊成形系统及成形规律的研究[D];华中科技大学;2005年

  本文关键词：基于机器人的熔覆快速再制造成形基础研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：275225