Диссертация (Разработка и исследование технологии выращивания объектов методом коаксиального лазерного плавления порошковых материалов), страница 9

должна послойно рассечь исходнуюдеталь на слои либо с постоянным, либо с переменным шагом по указаниюоператора. При этом в программе должна быть предусмотрена возможностьразбиения трехмерного участка на плоскости, параллельные любой указаннойплоскости (как горизонтальной, так и наклонной). Для каждого слоя необходимозадать способ заливки. В пределах выбранного слоя задавать параметрыобработки с учетом возможности выполнения функций как для выращивания2D/3D (см. выше). Также для каждого слоя нужно выделить обход границы слояили приграничной области, так как в некоторых случаях положение лазернойголовки (инструмента) в пределах слоя и на его границе может быть различным.Перед выращиванием каждого последующего слоя необходимо контролироватьпредыдущий слой.

В результате проверки программа должна сопоставитьреальное значение толщины выращенного слоя с заданным. Если значениенаходится в поле допуска, продолжить процесс, иначе приостановить процесс иждать принятия решения о продолжении процесса.

Таким образом, необходимопослойно выполнить процесс выращивания детали.2.5. Технические параметры разработанного опытно-промышленногокомплексаС учетом перечисленных требований к оборудованию был спроектированиизготовленопытно-промышленныйпромышленныйкомплекс.Еготехнические параметры перечислены в Таблице 7. Существующий запас по рядупараметров: мощность до 3 кВт, диаметр пятна до 3 мм, расход порошка до 50г/мин, расход газа до 100 л/мин, наличие двухколбового порошкового питателя,позволяет разрабатывать технологии не только под исследуемый материал, но иболее тугоплавкие материалы с более высокими требованиями к технологии.57Среди перспективных материалов можно выделить алюминиевые сплавы,жаропрочные кобальтовые сплавы, композиционные и градиентные материалы.Таблица 7.Технические характеристики разработанного комплекса№ Наименование1Ед.Рабочий ход продольной оси Х (горизонтальная ммЗначение810плоскость), не менее2Рабочий ход продольной оси У (горизонтальная мм610плоскость), не менее3Рабочий ход вертикальной оси Z, не менеемм6104Рабочая нагрузка оси Z, не болеекг255Погрешность позиционирования по линейным мкм/м30осям, не более6Максимальная линейная скорость перемещения м/с108Диапазон угловых перемещений по оси Аградус-135..

+1359Диапазон угловых перемещений по оси Вградуснепрерывно10 Погрешность позиционирования по угловым угл.координатам, не более10секунд11 Наибольший вес обрабатываемой деталикг50012 Наибольший габарит обрабатываемой деталимм400х400х40013 Максимальная средняя мощность лазерного Вт3000излучения14 Диапазон регулировки диаметра лазерного луча ммОт 0,5 до 3в зоне обработки16 Размер фракции подаваемого порошкамкм17 Расход порошкового материала (оценка- по г/минникелевому сплаву)От 20 до 200От 5 до 10058Результаты измерений кинематической точности осей представлены награфиках (Рисунок 2.23 – 2.26).

Измерения точности позиционирования длялинейных осей производились лазерным интерферометром, для поворотныхосей - автоколлиматором и аттестованной 24-гранной призмой. Из графиковвидно, что точность соответствует разработанным требованиям, и позволитвыращивать детали с высокой точностью даже на минимальном значениидиаметра лазерного луча и производительности.Рисунок 2.23.Ошибка позиционирования по оси ХРисунок 2.24.Ошибка позиционирования по оси У59Рисунок 2.25.Ошибка позиционирования по оси АРисунок 2.26.Ошибка позиционирования по оси В60ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 21. В результате анализа требований к кинематической системе, а такжехарактера типичных выполняемых перемещений, требуемых процессомвыращивания, была разработана кинематическая схема пятиосевого комплекса,а также реализована система перемещения, соответствующая данной схеме.Комплексвыращиваниясостоит из трехосевойсистемыперемещениятехнологической головы и наклонно-поворотного стола-манипулятора детали.Кинематическая схема комплекса не уступает мировым аналогам по точности ифункциональности.

Выполненная на базе современных линейных приводов, сучетом последних достижений мирового станкостроения, в соответствии справилами по безопасной эксплуатации, система позволяет решать широкийспектр задач машиностроения.2.Подобранасоответствующаяиинтегрированатребованиямпроцессатехнологическаявыращивания.оснастка,Проведенныеисследования показывают соответствие требованиям и широкий диапазонрегулируемых параметров.3.Разработанныйтехнологическийкомплексимеетнескольконеобходимых вспомогательных инструментов: систему изменения диаметралуча в зоне обработки, многофункциональное программное обеспечение.Комплекс позволяет проводить не только обработку порошковых материалов сцелью выращивания деталей, но и проводить вспомогательные операции: ремонтлокальных дефектов деталей, термообработку и полировку поверхности.4.

Полностью отечественное программное обеспечение и системаавтоматизацииобеспечиваютвозможностьпроведениятехнологическихопераций с учетом специфических требований различных материалов и деталей,а также предоставляет широкие возможности для проектирования новыхтехнологических процессов.61Глава 3. РАЗРАБОТКА СТРАТЕГИИ ВЫРАЩИВАНИЯ ОБЪЕКТОВМЕТОДОМЛАЗЕРНОЙМОДИФИКАЦИИПОРОШКОВЫХМАТЕРИАЛОВ3.1. Параметры многопроходного процесса выращивания объектовВыращивание сложного тела последовательным нанесением слоев –трудный процесс, требующий стабильности и точности всех узлов комплекса.Необходимость в автоматизации этапа планирования траектории обработкипоявилась одновременно с задачей выращивания.

Она вызвана тем, что процессэтот – трудоемкий, и ставит целью получить полнофункциональную детальнапрямую из CAD системы, независимо от сложности детали.Основной этап планирования траектории обработки – это создание набораэлементарных объемов, каждый из которых возможно вырастить в послойномпроцессе без значительного изменения ориентации детали в пространстве (тоесть, без поворота осей).Следующий этап планирования - разбиение каждого элементарногообъема на плоские слои.Разбиение на слои подразумевает чередованиенаправлений обхода лазерного луча. Именно на данном этапе закладываются,как точность будущей детали, так и ее шероховатость.Третий этап разбиения трехмерной заготовки – это формированиетраекторий обхода для каждого слоя каждого элементарного объема.

В числопараметров любого слоя входят следующие основные параметры:Геометрические:- последовательность обхода (спираль, змейка, меандр, только контур),- шаг между проходами,- толщина слоя,- порядок начала / окончания обработки каждой конкретной линии,Технологические:- мощность лазерного излучения на каждой линии обхода,62- расход порошкового материала,- порядок включения лазерного излучения,- расход технологических газов.Смещение технологической головы по вертикали необходимо производитьдля соблюдения зазора между проходами, обеспечивающего толщинунанесенного слоя: параметр является комбинацией нескольких технологическихи геометрических параметров.При выращивании одиночного элементарного валика всегда существуетзона начала выращивания, «вход», и зона окончания выращивания, «выход».

Этиучастки имеют искаженную геометрию: переменную ширину и высоту валика.При создании из таких валиков сплошного покрытия необходимо учитывать, чтоони будут иметь искаженные края. При многослойном выращивании нерасширяющейся фигуры любой формы такие искажения покрытия приводят кизменению размеров выращенного объема и, как следствие, к возникновениюбрака. Происходит отклонение от требуемых размеров. Для снижения этогоэффекта используют различные технологические приемы: дополнительноеоконтуривание, замедление процесса на краях и т.д.

Вырастить вертикальную,не сужающуюся стенку стабильно, при создании 10 и более слоев, бесспорно,возможно. Для этого используют приемы, каждый из которых отрабатываетсядля конкретного материала. Наиболее простые методы борьбы с искажениями –это оконтуривание наносимого слоя и корректировка погонной энергии процессана краях валика.Оконтуривание наносимого слоя – это дополнительный обход лазернымлучом с подачей порошка по краю выращиваемого объема.

Параметры этогопрохода в общем случае отличаются от параметров обхода основного слоя.Создание такого «промежуточного» обхода позволяет скомпенсироватьискаженные края. Следующий слой выращивается с прежним режимом нагоризонтальной поверхности выращиваемой детали, близкой по форме ктеоретической. При этом более низкий расход порошка и меньшая скорость63обработки позволяют проплавить стыки всех валиков и получить бездефектныйметалл с измельченной структурой у поверхности будущей детали.Таким образом, корректировка погонной энергии при нанесении валикаможет в достаточно широком диапазоне параметров процесса привести кнезначительному, но стабильному изменению ширины и высоты валика.

Вданном случае это бывает необходимо для снижения вероятности брака привыращивании деталей.3.2. Стратегия разбиения и выращиванияИдеология разбиения твердого тела произвольной формы на элементарныеобъекты состоит в том, что существуют элементарные объемы, получаемые безизменения положения плоскости выращивания в пространстве, и выращиваниекаждого такого объема, при соблюдении ряда технологических приемов,является стабильным, с удовлетворительным совпадением соответствиятеоретического и практического размеров детали. Таким образом, первый этапразбиения необходим в первую очередь для выделения таких объемов.В порядке усложнения можно выделить следующие элементарныеобъекты:1.