一家专注流体压力成形技术
【作 者】鲁俊;殷鸣;谢罗峰;向锦;李伟
【引 言】
金属增材制造技术常被用来制造或修复一些薄壁零件,如发动机壳体、机闸、叶片等，这些构件往往不全是竖直薄壁形式,而常是倾斜的结构。要成形斜壁零件,可以预先或同时堆积出支撑结构以防止成形过程中发生坍塌,但是事后处理支撑结构却较复杂。因此对无支撑式成形的研究就显得极为必要。
目前，倾斜薄壁结构的研究已得到了国内外学者的广泛关注。运用金属增材制造技术制造倾斜薄壁件的无支撑成形方法整体分为三种[1]：打印头偏移堆积、打印头变姿态堆积、基板倾斜堆积。KAZANAS等[2]通过打印头变姿态法,使用经验过程控制模型通过CMT(cold metal transfer)工艺沉积了从垂直位置到水平位置的各种角度的墙壁。XIONG等[3]基于GMAW(gasmetal arc welding)技术制造倾斜薄壁零件时,定义了成形层的倾角并通过调节送丝速度和行进速度来控制倾角大小。LAURA[4]在沉积具有较高斜率壁时，通过多种方法对比,发现打印头的方向平行于沉积壁的方向并垂直于基板表面的打印方式可以使零件几何变形最小。 面向燃烧室结构的圆形薄壁件，王续跃、江豪等[5~7]依据偏移不塌陷的临界条件和层高建立了成形倾斜角度数学模型,使用变Z轴提升量法对圆弧截面倾斜薄壁件进行熔覆成形。余超等[8]在给定工艺条件下，采用预设夹角的方式，最终成功获得了三元叶片样件。现存的文献大多致力于极限倾斜角度的研究,而鲜有对于倾斜角度的成形精度控制的探索。本文基于实验，从数据层面研究了倾斜角度与重要工艺参数的对应规律，并设计了控制器加以控制，获得了较优的效果。
【结 论】
针对单道多层LMD偏移堆积工艺过程，本文进行研究并得到了以下结论：
(1) 获得了成形件宏观倾角与3个工艺参数的对应规律，扫描速度和单层偏移量与宏观倾角呈正相关,激光功率与倾角呈负相关，其中最大影响因素为单层偏移量,扫描速度次之，激光功率影响最小。
(2) 针对单层偏移量单因素影响,对层倾角变化规律进行了系统辨识，在两个模型中选择了更好的非线性自回归模型，其拟合度达到了 86.65%o
(3) 针对第(2)步中辨识出的模型设计了模糊 PID控制器和传统PID控制器，结果显示模糊PID控制跟踪效果更优良，在第9层跟踪上预设值，稳态误差不超0.3%。
以下是正文：
