[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

说明书

本发明提供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，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、对增材过程进行模拟仿真分析，得到增材过程中基板的应力分布结果；S3、根据基板的应力分布结果确定增材过程中的基板应力集中区域；S4、对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、在金属光泽表面涂覆耦合剂，在基板上进行增材生产；S6、利用超声波应变仪每n秒一次测量金属光泽表面的残余应力值σ；连续3次测得的σ大于设定阈值的基板区域为待去应力区域；S7、对待去应力区域采用超声波冲击强化；S8、返回步骤S6。本发明的好处是基板翘曲变形小。

技术领域

本发明属于增材制造领域，特别涉及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。

背景技术

公开号为CN110586941A的中国专利申请公开了一种金属零件增材制造过程中变形控制系统及方法，其包括回转工作台、应力消除装置、频率检测装置、成形装置和应力检测装置，其中：应力消除装置包括激振台和激振器，激振台固定在所述激振器上，且其上固定有基板，激振器固定在所述回转工作台上；频率检测装置、成形装置和应力检测装置安装在基板上方；系统工作时，成形装置每堆积数层待成形零件后，频率检测装置获取此时零件的固有频率，应力消除装置以此固有频率振动以消除零件内应力，然后由应力检测装置对零件内应力进行检测，从而在零件逐层堆积的过程中控制零件变形，提高零件的形状尺寸精度。

现有技术存在的问题是：由于增材过程是利用高温热源将丝材或粉材加热熔化，然后快速凝固逐层堆积的过程，在这一过程中伴随着热量向基板传导。基板由于较大的温度梯度而发生较大的翘曲变形，对夹具造成损伤并且产生残余应力，而残余应力大小超过某一临界值将会使夹具撕裂和变形，严重影响增材的尺寸精度并且造成一定的经济损失和资源浪费。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：增材制造过程中，基板翘曲变形较大，严重影响增材的尺寸精度，使得工作台夹具容易受力变形开裂的问题。

为了达到上述的目的，本发明的具体技术方案如下：

一种构件增材过程中基板残余应力控制方法，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。

进一步优选的技术方案中，步骤S4中，所述金属光泽表面的粗糙度小于0.05。

进一步优选的技术方案中，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。

进一步优选的技术方案中，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。