[發明專利]一種激光熔覆修復軸面磨損件工藝的優化方法

在審

• 申請號: 202010585708.3
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111859735A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 白峭峰;都嘉鑫;劉映良;武鵬;喬志鵬;李啟航;趙春江
• 申請（專利權）人: 太原科技大學;朔州金華實業有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20;G06F119/14
• 代理公司: 太原萬惟新致知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14121
• 代理人: 黃海燕

本發明公開了一種一種激光熔覆修復軸面磨損件工藝的優化方法，通過定義隨溫度變化的材料熱物性參數，實現材料非線性問題的分析，保證分析過程的可靠性；通過定義熱源模型為體生熱率模型，能夠準確模擬同軸送粉方式的熔融粉末傳熱過程；通過采用柱坐標系下APDL編程的方式，可以實現在零件軸面進行激光熔覆的模擬過程；通過采用間接順序熱?結構耦合的方式進行計算，先進性溫度場計算，再進行應力場計算，耦合方程少，易于收斂。

技術領域

本發明屬于軸面磨損件檢修技術領域，具體涉及一種基于ANSYS的激光熔覆修復軸面磨損件工藝的優化方法。

背景技術

軸類磨損問題是企業生產設備管理中經常出現的問題，長期以來，企業面對軸磨損問題很難采用傳統方法進行設備修理，很多企業往往采用更換備件的方式處理問題，備件的拆卸不僅費用高、工作量大，而且大量備件的庫存，給企業的現金流帶來極大的壓力和無形的經濟損失，傳統的補焊機加工方法易造成材質損傷，導致部件變形或斷裂，具有較大的局限性；刷鍍和噴涂再機加工的方法往往需要外協，不僅修復周期長、費用高，而且因修補的材料還是金屬材料，不能從根本上解決造成磨損的原因，即金屬抗沖擊能力及退讓性較差；更有許多部件只能采取報廢更換，大大增加了生產成本和庫存備件，使企業良好的資源優勢遭到閑置和浪費，因此選擇激光熔覆對軸面磨損件進行尺寸修復是一種較好的選擇，磨損軸面激光熔覆是利用激光熔覆工藝在損傷軸面立體堆積形成基于冶金熔合的致密金屬覆層，使其形狀、尺寸以及性能得以復原的制造過程，但是激光熔覆過程中受到時變高溫熱循環和異質材料基材和粉末的熱物理性能影響，其成形機理非常復雜，若控制不當將影響制造質量，甚至產生微裂紋等缺陷。因此，研究磨損軸面激光熔覆過程是必要的，因此，急需找到一種簡便、快捷、費用低的修復方法。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供一種激光熔覆修復軸面磨損件工藝的優化方法，該方法是基于ANSYS軟件的同軸送粉式激光熔覆修復軸面磨損件的工藝優化方法，可簡便、快捷、準確的優化工藝參數，為軸面修復提供了便利。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種激光熔覆修復軸面磨損件工藝的優化方法，具體包括以下步驟：

（1）確定軸面磨損零件和激光熔覆粉末隨溫度變化的熱物性參數，其中包括熱分析物理參數和應力分析參數；

（2）確定軸面磨損零件尺寸參數，利用三維建模軟件創建三維模型，導入ansys軟件；

（3）定義熱分析單元，選取solid70單元為熱分析單元，solid185單元為應力分析單元，進行網格劃分；

（4）定義非線性求解選項；

（5）選取熱源模型，選擇熱源計算公式，選取熱源模型為體生熱率模型，生熱率公式為，式中λ為激光能量的利用率，P 為激光輸出功率，A 為熔覆層的橫截面面積，v 為掃描速度，t為每個載荷步的時間；

（6）定義激光熔覆工藝參數，包括激光功率，掃描速度，掃描時間；

（7）定義邊界條件，計算基底初始溫度，施加對流換邊界條件，進行一次穩態分析；

（8）利用ansys軟件的生死單元功能來模擬熔覆過程；

（9）進行激光熔覆過程分析，計算在不同工藝參數下的激光熔覆溫度場的分布情況；

（10）進行激光熔覆應力場分析，對激光熔覆溫度場的計算結果進行二次計算，得到激光熔覆應力場的分布情況；

（11）建立工藝參數預測模型，以殘余應力為評價指標，得到最優的工藝參數。

進一步的，上述步驟(1)中的熱物性參數包括：密度、熱傳導系數、比熱容、空氣和工件的換熱系數、彈性模量、泊松比、屈服強度、切變模量、線膨脹系數。