[發(fā)明專利]基于多物理場仿真的電弧熔絲增材制造工藝參數(shù)確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011228488.5
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112287489B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李巖;陳巖;蘇辰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/25;G16C10/00;G16C60/00;G06F111/10;G06F113/10;G06F113/22;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 李雅琪;周達

本申請?zhí)峁┝艘环N基于多物理場仿真的電弧熔絲增材制造工藝參數(shù)確定方法，其中，該方法包括：獲取電弧熔絲增材制造的預(yù)設(shè)工藝參數(shù)以及目標成形件的結(jié)構(gòu)信息；基于分子動力學(xué)理論確定金屬材料的物性參數(shù)；根據(jù)物性參數(shù)和預(yù)設(shè)工藝參數(shù)，基于多物理場耦合仿真確定電弧與焊絲傳熱過程中的熱流和壓力分布模式；基于物性參數(shù)以及熱流和壓力分布模式，計算熔滴的初始信息；依據(jù)物性參數(shù)、預(yù)設(shè)工藝參數(shù)和熔滴的初始信息進行多物理場耦合仿真計算，確定凝固形成的成形件的結(jié)構(gòu)信息；將成形件的結(jié)構(gòu)信息與目標成形件的結(jié)構(gòu)信息進行對比，并根據(jù)對比結(jié)果調(diào)整預(yù)設(shè)工藝參數(shù)，得到目標工藝參數(shù)。上述方法可以確定目標成形件對應(yīng)的目標工藝參數(shù)，提高制造精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及電弧熔絲增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多物理場仿真的電弧熔絲增材制造工藝參數(shù)確定方法。

背景技術(shù)

電弧熔絲增材制造技術(shù)以電弧為載能束，通過送絲系統(tǒng)輸送金屬絲材進行逐層堆積快速成形。該技術(shù)沉積效率高、制造成本低，對金屬材質(zhì)不敏感，可以成形鋁合金和銅合金等對激光反射率高的材料。成形零件由全焊縫金屬組成，具有致密度高、力學(xué)性能好、化學(xué)成分均勻、冶金結(jié)合性能好等優(yōu)點。該技術(shù)以高溫液態(tài)金屬熔滴過渡的方式進行，零件熱積累隨堆積層數(shù)增加，熔池不易凝固，堆積層形狀難于控制，使得該技術(shù)目前只能制造幾何形狀及結(jié)構(gòu)較為簡單的零件，成形精度低，一般都需要機械再加工，這制約了其廣泛應(yīng)用。目前，開展了大量實驗工作，主要進行了電弧增材裝備系統(tǒng)研發(fā)、過程監(jiān)控、成形件微觀組織及力學(xué)性能、成形工藝過程等研究，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)增材規(guī)劃、組織演變規(guī)律和性能優(yōu)化方面取得了一定的成果，積累了一定的應(yīng)用經(jīng)驗。

然而，增材制造以個性化、復(fù)雜化需求為導(dǎo)向，針對不同的裝備系統(tǒng)、材料體系、結(jié)構(gòu)特征、尺寸等，成形工藝不一而同，以試驗為基礎(chǔ)的經(jīng)驗方法不具有普適性。而且，零件的成形精度、微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性等都是由其物理機理決定的，基礎(chǔ)研究不足，對成形過程的傳熱傳質(zhì)機理認識較為缺乏。因此，成形工藝的參數(shù)設(shè)計缺乏理論指導(dǎo)，導(dǎo)致制造精度和產(chǎn)品質(zhì)量較低。

針對上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施例提供了一種基于多物理場仿真的電弧熔絲增材制造工藝參數(shù)確定方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電弧熔絲增材制造工藝參數(shù)的確定缺乏理論指導(dǎo)的問題。

本申請實施例提供了一種基于多物理場仿真的電弧熔絲增材制造工藝參數(shù)確定方法，包括：獲取電弧熔絲增材制造的預(yù)設(shè)工藝參數(shù)以及目標成形件的結(jié)構(gòu)信息；基于分子動力學(xué)理論確定金屬材料的物性參數(shù)；根據(jù)物性參數(shù)和預(yù)設(shè)工藝參數(shù)，基于多物理場耦合仿真確定電弧與焊絲傳熱過程中的熱流和壓力分布模式；基于物性參數(shù)以及熱流和壓力分布模式，計算焊絲熔化形成的熔滴的初始信息，其中，熔滴的初始信息包括熔滴的溫度場和流動特性；依據(jù)物性參數(shù)、預(yù)設(shè)工藝參數(shù)和熔滴的初始信息進行多物理場耦合仿真計算，確定熔滴下落后凝固形成的成形件的結(jié)構(gòu)信息；將成形件的結(jié)構(gòu)信息與目標成形件的結(jié)構(gòu)信息進行對比，并根據(jù)對比結(jié)果調(diào)整預(yù)設(shè)工藝參數(shù)，得到目標工藝參數(shù)。

在一個實施例中，基于分子動力學(xué)理論確定金屬材料的物性參數(shù)，包括：基于分子動力學(xué)理論研究金屬材料的熔化和凝固過程，研究微觀尺度下的傳熱機理和微觀組織結(jié)構(gòu)演變規(guī)律；分析多種勢函數(shù)中各勢函數(shù)對金屬材料的相變傳熱特性的影響；建立物性參數(shù)的溫度函數(shù)關(guān)系式。

在一個實施例中，根據(jù)金屬材料的物性參數(shù)和預(yù)設(shè)工藝參數(shù)，基于多物理場耦合仿真確定電弧與焊絲傳熱過程中的熱流和壓力分布模式，包括：根據(jù)金屬材料的物性參數(shù)和預(yù)設(shè)工藝參數(shù)建立電弧熔絲增材制造三維幾何模型，并對三維幾何模型進行有限元網(wǎng)格劃分；對劃分后的三維幾何模型進行多物理場耦合仿真計算，模擬電弧熔絲增材制造過程中電弧與焊絲的傳熱過程，獲得電弧與焊絲傳熱過程中的熱流和壓力分布模式。