[發明專利]一種螺旋槳電弧熔絲增材制造方法

有效

• 申請號: 201810972135.2
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN108971698B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 余圣甫;何天英;史玉升;宋守亮;毛展召
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23P15/04
• 分類號: B23P15/04;B33Y10/00;B23K9/04;B23K9/095;B22F5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發明屬于螺旋槳制備工藝相關技術領域，更具體地，涉及一種螺旋槳電弧熔絲增材制造方法，包括：(i)對螺旋槳構件進行針對性的分區處置，得到槳轂部分和槳葉部分；(ii)對兩種不同部分，基于不同的原理來規劃設計制造路徑；其中槳轂采用平面切片和偏置填充方式規劃得到路徑，槳葉采用柱面切片和偏置填充方式規劃得到路徑；(iii)依照所完成的不同制造路徑，采用電弧熔絲增材制造工藝進行相應的組合加工。本發明還公開了相應的螺旋槳構件產品。通過本發明，不僅能夠與螺旋槳構件的復雜三維構造特征更好地相適應，使得電弧熔絲增材制造螺旋槳的精度和外形輪廓控制得更好，而且能夠顯著提高最終產品的尺寸精度，同時大大縮短其制造周期。

技術領域

本發明屬于螺旋槳制備工藝相關技術領域，更具體地，涉及一種螺旋槳電弧熔絲增材制造方法。

背景技術

螺旋槳構件在我國的船舶、航空和能源等多個領域具有很重要的地位，在船舶、飛機和風力發電機等大型設備中，是動力系統的核心部件之一，其制造質量直接影響這些設備的性能。目前，大型螺旋槳的制造一般涉及螺旋槳三維建模、模具制作、材料熔煉、澆注、數控加工等眾多工藝，并存在周期長、準確性差、制造成本高等缺點，很難保證螺旋槳的高精度和高性能要求。

對于構成螺旋槳構件制備最為核心步驟之一的鑄造工藝來說，傳統上通常采用刮板結合螺距板造下型，木模心或砂模心造上型，但由于鑄造模心制作困難，周期長，尺寸精度難以保證，不僅導致螺旋槳生產周期長，也難以保證其尺寸精度和外形輪廓。為此，近年來已經逐漸引入電弧熔絲增材制造(Wire Arc Additive Manufacturing，WAAM)技術來制備螺旋槳構件，即采用電弧作為熱源，將金屬絲材熔化逐層堆積從而制造出工件。與傳統鑄造技術相比，電弧熔絲增材制造在裝備方面具有無需模具，加工柔性程度高，制造周期短，易于實現數字化制造的特點。

然而，進一步的研究表明，在采用電弧熔絲增材技術生產螺旋槳的現有技術中，其制造路徑規劃普遍為平面切片方式，對切片技術的研究也集中在平面切片提升量的自適應算法方面；其中自適應平面切片根據工件表面的復雜程度，復雜表面平面提升量小，簡單表面平面提升量大。但是對于具有更復雜的空間曲面的螺旋槳來說，尤其在打印螺旋槳槳轂和槳葉的相貫處等特定區域時，無論采取等厚度平面切片或者自適應平面切片的方式都會出現在同一高度得到多道輪廓的情況。在該情況下，在打印槳葉葉根的過程中會多次起弧和熄弧，由于電弧在起弧和熄弧時極其不穩定，從而降低了螺旋槳的尺寸精度，也會導致葉根處殘余應力變大，這些都不利于螺旋槳的使用。相應地，本領域亟需做出進一步的研究改進，以便更好地滿足對螺旋槳構件制造更高質量和更高效率的需求。

發明內容

針對現有技術的以上不足之處和改進需求，本發明提供了一種螺旋槳電弧熔絲增材制造方法，其中通過緊密結合螺旋槳構件自身的產品構造特點及特定成型需求，對其進行針對性重新分區的設計，并且進一步采用柱面切片和平面切片工藝相結合的全新加工路線來執行電弧熔絲增材制造成型過程，相應不僅可顯著提高電弧熔絲增材制造螺旋槳構件的尺寸精度，大大縮短了其制造周期，而且有效避免了打印槳葉葉根時的起弧和熄弧現象，因而尤其適用于具備復雜空間曲面的各類螺旋槳高精度加工用途。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種螺旋槳電弧熔絲增材制造方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(i)螺旋槳三維模型的建立及分區

針對作為待加工對象的螺旋槳構件，生成其三維點云，并在空間坐標系中擬合建立對應的三維模型；接著，對此三維模型進行針對性的分區處置，其中整個螺旋槳槳轂被單獨設定為第一區域，而位于螺旋槳槳轂側部的各個螺旋槳槳葉分別被設定為彼此獨立的多個第二區域；

(ii)不同分區的特定路徑規劃設計