复杂曲面零件激光随形熔覆轨迹规划研究

为实现复杂曲面的随形熔覆，针对PDC钻头牙翼部位表面形貌进行了机器人熔覆路径的工艺规划，同时对插补点的位置规划算法进行了研究。通过一组平行截面与曲面相交得到交线，采用非均匀有理B样条(NURBS)描述交线。然后提取交线的特征参数，以离焦量的最大值作为误差阈值进行插补点规划，为实现激光束轴线与插补点所在的曲面法矢尽可能重合，对插补点进行姿态规划，从而得到完整的熔覆路径。最后采用Robotstudio仿真软件建立激光熔覆工作站，并对熔覆路径进行仿真，结果表明熔覆仿真过程中，未出现奇异点，机器人各关节、熔覆头与待熔覆工件之间未发生碰撞，并且能够按照事先规划好的路径进行熔覆，试验表明达到了较好的熔覆效果。     

Ni60A/WC激光熔覆涂层表面抗蚀行为

牙轮钻头是钻井设备的重要部件,易受到磨损与腐蚀.为了增加牙轮钻头的工作时效,可在其表面激光熔覆强化层.本研究利用YLS-2000型激光器在牙轮钻头材料15CrNiMo钢表面分别制备了Ni60A熔覆层,以及5％、15％、25％(质量分数,下同)WC增强的Ni基涂层.采用SEM和EDS等方式分析了熔覆层的显微组织及元素分布;利用XRD分析了各Ni60A/WC涂层的物相组成,使用CHI660E型电化学工作站测试了Ni60A/WC涂层的耐腐蚀性能.研究WC含量对Ni60A/WC熔覆层的微观组织与耐腐蚀性能的影响;讨论Ni60A/WC熔覆层与基体在不同pH值腐蚀液中的腐蚀行为.结果表明:随着WC含量的增多,涂层组织出现微区定向凝固;各涂层中均出现了γ(Fe,Ni)以及M23 C6、M6 C等金属间化合物;相比于基体,在不同pH值腐蚀液中,Ni60A/WC涂层的自腐蚀电流密度降低了1～2个数量级,具备良好的耐腐蚀性能,但其耐腐蚀性与WC的添加量呈负相关;富H+、OH-环境促使钝化膜由低价氧化物转变为高价氧化物.     

复杂构件激光熔覆轨迹的干涉检测及修正

针对激光扫描复杂构件受损面加工过程中,光束易与零件发生干涉的问题,提出复杂结构零件激光轨迹的干涉检测及修正算法.以逆向点云数据为基础,构建预期轨迹插补点数据结构.根据扫描轨迹采用法向投影建立碰撞域,快速排除非干涉激光束,粗检出可能发生干涉的路径点.构建四叉树索引精确搜索干涉点,计算干涉角,考虑光束半径补偿误差,确定相应修正量.满足再制造成形质量的前提下,调整光束姿态将干涉点转换为有效点,优化熔覆轨迹模型.设计干涉检测模块,实现用户可视化操作.该算法适用于曲面及结构复杂的零件,通过具体实例分析验证了该算法的可靠性与有效性.     

基于特征划分熔覆轨迹的干涉检测及修正

目的激光再制造技术在实际加工过程中会遇到多种复杂曲面的零件,合理的激光路径规划是获得高性能涂层的关键因素。方法将当前光束向量平移一定距离,平面空间被分割成正域和负域,利用特征属性判断当前点的归属关系,快速排除肯定不与零件发生干涉的激光束。转入精确检测,计算干涉因子λ,确定矢量h,将曲面划分成规则的微元对象block,分析光束与block的交点信息,完成干涉检测的精确搜索。在保证熔覆层质量理想的条件下,计算相应干涉量θ,以当前点为焦点,切线方向为固定轴旋转角度θ,调整光束姿态至安全区域。结果编写C程序算法,对实际零件三维建模并进行轨迹仿真。预期点集共47883个,其中失效点7341个,计算相应干涉量在10°范围内。完成所有干涉光束的有效修正,生成优化后的机器人路径程序。结论再制造前处理阶段,该算法通过仿真实验模拟对象间的碰撞检测,及时消除激光加工中存在的安全隐患,形成合理的熔覆轨迹,提高加工效率,节约生产成本。     

高速激光熔覆和重熔复合技术制备铁基涂层的组织性能研究

高速激光熔覆能大大提高熔覆效率,但高速激光熔覆层表面容易出现表面粗糙缺陷.采用高速激光熔覆和激光重熔混合工艺,可达到改善熔覆层表面质量、有效提升涂层性能的目的 .在液压立柱材料27SiMn表面激光熔覆制备了Fe90不锈钢涂层,利用超景深显微镜、X射线多晶衍射仪分别对熔覆层的表面形貌、微观组织结构、元素分布和物相构成进行了分析,通过硬度试验、耐磨损试验和电化学腐蚀试验对涂层的性能进行了验证.试验结果表明:涂层激光重熔后相比于重熔前表面粗糙度降低了8.5％,涂层内部的微观组织更加细密均匀,没有相的消失和新相的出现,只是相的含量增加.在性能方面,重熔之后的硬度提高为基体的2.6倍,磨损失重降低95％.采用激光重熔技术不仅改善了熔覆层表面质量,而且有效提升了涂层性能.     

曲面零件激光熔覆轨迹的快速算法与自动生成

目的为满足激光熔覆工艺要求,提出一种针对曲面零件激光熔覆加工轨迹的快速生成算法。方法利用零件的STL格式转换为三角片模型网络,采用切片理论,生成一组厚度为0、方向与轨迹垂直的平面片族,同时将切片之间的距离设置为熔覆搭接率,搭接率取30%。每一切平面与三角面片产生交点,连接这些交点在平面内形成轨迹线段,通过加工过程中激光离焦量的固定值去除多余点,达到质量要求的同时也简化数据量,故提出搜索插补点算法,得到最终轨迹路径点,同时利用插补点在曲面上的法向矢量确定激光姿态,使用UG API与Visual Studio编写适用于激光熔覆轨迹的快速算法与自动生成的程序。结果模型的点云有47 756个数据,提取出了4260个轨迹点作为扫描轨迹,利用本文算法得到了5669个点,通过搜索插补点算法后得到最终轨迹点3861个,节约了搜索时间。将取得的每个点坐标信息与法向量信息传入机械人程序,达到了较好的熔覆质量。结论此方法用于曲面零件的熔覆轨迹规划,具有较好的稳定性和有效性。     

曲面塑料模具激光熔覆再制造快速加工路径生成方法

对于曲面塑料模具,在其表面快速生成激光熔覆加工路径非常困难。针对这种情况,直接以零件的逆向点云模型为研究对象,通过平面与点云求交得到以密集离散点表示的近似激光扫描路径,避免了反求建模的过程。以离焦量变化极限为约束条件,在路径上搜索插补点。提出利用插补点的最近点来计算插补点曲面法向矢量作为激光束姿态的近似快速算法。应用镍基自熔性合金粉对P20材质的模具零件曲面表面进行了试验。金相分析表明所形成熔覆层组织均匀、致密,缺陷稀少;熔覆层与基体之间形成冶金结合。熔覆层中部组织出现了垂直于界面生长的柱状树枝晶,而在顶部许多的柱状树枝晶发育成等轴树枝晶。熔覆层的平均显微硬度达到330~350 HV0.2。路径中段的熔覆层厚度比起始点增加了10%。