[发明专利]一种构件增材过程中基板残余应力控制方法及构件增材设备

权利要求书

1.一种构件增材过程中基板残余应力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用三维软件建立增材结构件和基板的三维实体模型；

S2、利用有限元分析软件对步骤S1中的所述增材结构件和基板的三维实体模型进行网格划分，得到所述增材结构件和所述基板的三维有限元模型；基于所述增材结构件和所述基板的三维有限元模型对增材过程进行模拟仿真分析，得到增材过程中所述基板的应力分布结果；

S3、根据步骤S2得到的所述基板的应力分布结果确定所述增材过程中的基板应力集中区域；

S4、对步骤S3中确定的所述基板应力集中区域的上表面或下表面进行打磨，得到金属光泽表面；

S5、在步骤S4得到的所述金属光泽表面涂覆耦合剂，在所述基板上进行增材生产；

S6、利用超声波应变仪每n秒一次测量所述金属光泽表面的残余应力值σ，7≥n≥3；连续3次测得的所述σ大于设定阈值的一个所述金属光泽表面对应的基板区域为待去应力区域；持续在所述基板上进行所述增材生产；

S7、对步骤S6中的所述待去应力区域采用超声波冲击强化法以消除所述基板的应力；持续在所述基板上进行所述增材生产；

S8、返回步骤S6直到完成所述增材生产。

2.根据权利要求1所述的构件增材过程中基板残余应力控制方法，其特征在于：步骤S4中，所述金属光泽表面的粗糙度小于0.05。

3.根据权利要求1所述的构件增材过程中基板残余应力控制方法，其特征在于：步骤S7中，所述超声波冲击强化法以超声波设备为动力源，所述超声波设备推动冲击工具以20000次/s以上的频率冲击所述待去应力区域，使所述基板发生塑性变形。

4.根据权利要求1所述的构件增材过程中基板残余应力控制方法，其特征在于：用σ_s表示所述基板的屈服强度，步骤S6中的所述设定阈值为0.8σ_s。

5.一种构件增材设备，其特征在于：用于实施如权利要求1中所述的构件增材过程中基板残余应力控制方法，包括机台、夹具、基板、超声波换能器、第一导波杆、激振底座、第二导波杆和升降座；所述升降座、超声波换能器、所述第一导波杆、所述激振底座和所述第二导波杆从下到上依次连接，所述激振底座与所述第二导波杆可拆卸连接，所述第二导波杆的数量为两件以上，所述第二导波杆的顶部与所述基板应力集中区域抵接；所述机台上设有通槽，所述通槽设于所述激振底座的上方，所述夹具与所述机台和所述基板均连接，所述基板设于所述通槽中；所述夹具的数量为两件以上，所述夹具包括夹持部和夹持驱动部，所述夹持驱动部与所述机台连接，所述夹持驱动部驱动所述夹持部平移，所述夹持部包括相互连接的侧部片体和底部片体，所述侧部片体用于连接所述基板的侧壁，所述底部片体用于承托所述基板的底部。

6.根据权利要求5所述的构件增材设备，其特征在于：还包括水冷盘，所述水冷盘包括上盘和下盘，所述下盘呈环形，所述下盘中设有呈环形的下水槽，所述下水槽开口向上，所述下盘的截面呈U型；所述上盘呈环形，所述上盘中设有呈环形的上水槽，所述上水槽开口向上，所述上盘包括上盘本体、内连接板和外连接板，所述内连接板和所述外连接板均呈环形，所述上盘本体的截面呈U型，所述内连接板的内侧壁与所述下水槽的内侧壁密封连接，所述内连接板的外侧壁与所述上盘本体的内侧壁密封连接，所述外连接板的内侧壁与所述上盘本体的外侧壁密封连接，所述外连接板的外侧壁与所述下水槽的外侧壁密封连接；所述上盘本体、所述内连接板、所述下盘、所述外连接板之间围成所述下水槽；所述上盘本体的外侧壁上设有喷水孔，所述喷水孔与所述下水槽和所述上水槽均连通；还包括进水管和出水管，所述进水管的顶部与所述下水槽连通，所述出水管的顶部与所述上水槽连通，所述出水管的底部和所述进水管的底部均设于所述下盘的下方；所述第二导波杆的上部设于所述水冷盘的中心；所述水冷盘的顶部与所述基板的底部连接。