[发明专利]基于数值模拟与应力监控的双面电弧增材制造装置及方法

权利要求书

1.一种进行双面电弧增材制造的方法，其特征在于，采用基于数值模拟与应力监控的双面电弧增材制造装置，装置包括分别与电源两级连接的焊枪和基板，用于基板旋转的旋转变位机，用于实时监控构件应力的实时应力监控机构，和控制系统；所述控制系统中设有数值模拟子系统，控制系统和焊枪、旋转变位机以及实时应力监控机构相连，控制系统根据实时应力监控机构监控的应力值进行数值模拟，优化工艺，并控制基板的旋转；所述旋转变位机通过夹具夹持基板的两端；所述实时应力监控机构包括超声波应力测试设备和超声波换能器；所述超声波换能器与超声波应力测试设备连接，所述超声波换能器安装于基板和构件上方用于实时监控构件中的应力；

基板的两侧面均进行电弧增材制造，基板的一侧在电弧增材多层之后，翻转基板180度，进行基板另一侧的电弧增材，交替进行直至完成；方法具体包括如下步骤：

步骤(1)：采用数值模拟方法获得电弧增材制造结构件残余应力分布及应力值及翻转时间；

步骤(2)：根据零件形状构建三维实体模型，将三维实体模型进行切片处理，并导入控制系统，控制系统根据模型生成加工程序文件；

步骤(3)：将基板打磨清理后，通过夹具将侧边与旋转变位机连接，将焊枪移动至起弧点上方，并使焊枪位于基板上方并垂直于基板；

步骤(4)：将超声波应力测试设备和超声波换能器安装于基板上方并启动；

步骤(5)：焊枪沿预设路径运动，同时通过超声波应力测试设备实时监测构件中的应力变化，当监测构件中应力超过设定的阈值时，对增材工艺进行调整，以调整后的工艺为设定的模拟条件重新进行步骤(1)，模拟计算得到可行的工艺方法后按重新设定的工艺继续进行增材过程；

步骤(6)：完成预设的堆积层数的成形后，启动旋转变位机，将基板翻转180°，使焊枪在基板另一面上起弧并完成预设堆积层数的成形；

步骤(7)：重复步骤(5)-(6)，完成剩余堆积层的成形，基板两个表面上成形出两个所需的零件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括如下步骤：

步骤(11)：确定热分析种类及求解方法；

步骤(12)：定义电弧增材制造结构件的单元类型，并确定材料热物参数；

步骤(13)：建立电弧增材制造结构件的三维模型，并划分网络，生成有限元模型；

步骤(14)：定义初始温度，并分别以增材制造1层、2层、4层后进行翻转增材为初始条件进行模拟；

步骤(15)：进入移动热源加载循环，得到结果；

步骤(16)：对结果进行后处理分析得出翻转时间以及电弧增材制造结构件残余应力分布和应力值。