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基于激光熔覆再制造PDC钻头的机器人仿真分析

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焊接学报 2022年第10期43卷 71-76,I0007,I0008页

作者：祖海英卢兴宇宋玉杰李大奇东北石油大学大庆163318

为了降低PDC钻头维修成本以及钻井周期,基于激光熔覆再制造技术,提出用机器人实现对钻头的再制造.基于逆向工程,对PDC钻头进行数据采集,再对获取的钻头点云数据进行数据处理、三维重构,构造出与实体PDC钻头相同的三维模型.利用软件Geoma... 详细信息

为了降低PDC钻头维修成本以及钻井周期,基于激光熔覆再制造技术,提出用机器人实现对钻头的再制造.基于逆向工程,对PDC钻头进行数据采集,再对获取的钻头点云数据进行数据处理、三维重构,构造出与实体PDC钻头相同的三维模型.利用软件Geomagic布尔运算得出工件缺损部位,在软件NX1899中利用等距平面族Γ与钻头修复部位相交,实现对曲面零件的路径规划.对机器人末端焊枪修复PDC钻头轨迹进行仿真模拟,利用软件PQart模拟工作环境中工件相对于机器人的位置,实现对机器人的轨迹优化.调整机器人末端焊枪位姿,提高修复后PDC钻头的表面性能.验证了所述方法的可行性,为激光熔覆再制造技术修复复杂曲面提供了参考.

关键词： PDC钻头机器人激光熔覆再制造焊枪位姿

激光熔覆再制造对TC4钛合金微观结构和冲击韧性的影响

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热加工工艺 2017年第20期46卷 178-182,186页

作者：葛茂忠项建云杨晓红江苏理工学院材料工程学院江苏常州213001 常州轻工职业技术学院机械系江苏常州213164

采用激光熔覆技术,通过层层堆积TC4钛合金粉,对TC4钛合金板表面凹槽进行修复。采用光学显微镜表征了不同激光功率、扫描速度和搭接率下TC4钛合金熔覆件的微观结构。采用夏比冲击试验和数理统计方法,分析了激光熔覆再制造技术对TC4钛合... 详细信息

采用激光熔覆技术,通过层层堆积TC4钛合金粉,对TC4钛合金板表面凹槽进行修复。采用光学显微镜表征了不同激光功率、扫描速度和搭接率下TC4钛合金熔覆件的微观结构。采用夏比冲击试验和数理统计方法,分析了激光熔覆再制造技术对TC4钛合金冲击韧性的影响。采用扫描电镜观测了夏比冲击试样的断口形貌。结果表明:激光修复区组织为粗大原始β晶粒内分布细长的α针及编织状α+β板条组织,呈现典型的魏氏结构;而热影响区主要由等轴的α晶粒和β转变组织组成,属于典型的双态结构。同TC4母材相比,激光熔覆再制造件的夏比冲击功提高了18.97%。

关键词：激光熔覆再制造 TC4钛合金微观结构冲击韧性

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激光熔覆再制造过程中的分层切片方法

激光熔覆再制造过程中的分层切片方法

作者：朱晓鹏上海交通大学

学位级别：硕士

激光熔覆再制造技术以丧失使用价值的损伤、废旧零部件作为再制造毛坯，利用以激光熔覆技术为主的高新技术对其进行批量化修复、性能升级，所获得的激光再制造产品在技术性能上和质量上都能达到甚至超过新品的水平。文中对激光熔覆再... 详细信息

激光熔覆再制造技术以丧失使用价值的损伤、废旧零部件作为再制造毛坯，利用以激光熔覆技术为主的高新技术对其进行批量化修复、性能升级，所获得的激光再制造产品在技术性能上和质量上都能达到甚至超过新品的水平。文中对激光熔覆再制造过程中模型的分层切片算法进行了研究，研究对象为当前业界通用格式STL模型。利用三维图形库OpenGL的卓越的渲染能力和交互式场景处理能力，结合C++中MFC编程，进行模型可视化研究。通过光照处理，实现了模型真实感显示，可以有效验证模型的正确性，为后续处理提供了方便。提出了基于三角形面片分类的定向分层细化算法，采用等厚分层法对模型进行预处理，并根据截面轮廓的面积变化率调整分层厚度，解决了修复加工时间与修复精度之间的矛盾，使二者达到了一定程度的协调。基于三角形面片的位置信息对模型面片进行分类，减少了三角形面片与切平面相交性的判断次数，利用三角形面片边的连续性降低了运算复杂度。对缺陷轮廓进行了分类研究，利用模型信息的连续性，对不封闭缺陷轮廓进行封闭化处理。实验过程中，借助FANUC机器人激光熔覆系统进行熔覆实例研究。研究了机器人与二轴变位机位姿关系的标定，提出了基于球面拟合法的机器人与变位机位姿关系标定法对变位机进行精确标定。将工件缺陷部分边界信息转化为机器人熔覆路径，采用Roboguide仿真软件进行熔覆再制造模拟。最后，通过实验验证了分层切片过程中所获取的边界信息的正确性。

关键词：激光熔覆再制造 STL模型分层切片机器人仿真

高压节流阀的冲蚀磨损机理及其激光熔覆再制造

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中国机械工程 2015年第2期26卷 255-259页

作者：薄纪康宁波职业技术学院宁波315800

为获取高压节流阀的冲蚀磨损机理并解决其现场应用中的阀芯局部损伤修复问题,进行了高压节流阀的冲蚀磨损试验。在分析冲蚀磨损现象和形貌的基础上,提出了高压节流阀阀芯的冲蚀磨损机理。为恢复高压节流阀阀芯的服役性能,采用铁基合金... 详细信息

为获取高压节流阀的冲蚀磨损机理并解决其现场应用中的阀芯局部损伤修复问题,进行了高压节流阀的冲蚀磨损试验。在分析冲蚀磨损现象和形貌的基础上,提出了高压节流阀阀芯的冲蚀磨损机理。为恢复高压节流阀阀芯的服役性能,采用铁基合金粉末进行了阀芯的激光熔覆再制造,恢复了阀芯的形状尺寸。再制造阀芯的冲蚀磨损试验结果表明,激光熔覆再制造可恢复高压节流阀的服役性能。

关键词：高压节流阀冲蚀磨损激光熔覆再制造铁基合金粉末

基于30CrMnSiNi2A钢的飞机起落架激光熔覆再制造

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表面工程与再制造 2023年第5期23卷 65-65页

作者： Zixin Chen Houming Zhou Ziming Zhu Caixing Xu Yumei Zhou School of Mechanical Engineering Xiangtan University Xiangtan 411105 China Zoomlion Heavy Industry Science&Technology Co. Ltd China School of Mechatronic Engineering Guangdong Polytechnic Normal University Guangzhou 510665 China

起落架的再制造对飞机具有至关重要的作用。根据起落架实际服役环境,对30CrMnSiNi2A钢表面进行激光熔覆再制造。实验过程中制备了6种不同成分配比的镍基碳化钨(WC)复合涂层。结合实际工况,分析涂层的显微组织、物相组成、显微硬度、磨... 详细信息

起落架的再制造对飞机具有至关重要的作用。根据起落架实际服役环境,对30CrMnSiNi2A钢表面进行激光熔覆再制造。实验过程中制备了6种不同成分配比的镍基碳化钨(WC)复合涂层。结合实际工况,分析涂层的显微组织、物相组成、显微硬度、磨损和耐腐蚀性能。结果表明,除WC含量为25%的涂层外,再制造涂层与基体冶金结合良好,表面无裂纹和气孔。与基体相比,修复后涂层的耐磨性和耐蚀性大大提高。这表明涂层和基体的耐蚀性不同,特别是在盐雾环境中。

关键词：激光熔覆再制造成分配比再制造涂层镍基碳化钨飞机起落架服役环境显微硬度耐蚀性

复合工艺参数对激光熔覆Ni60A合金裂纹的影响

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应用激光 2019年第5期39卷 765-769页

作者：吴祖鹏李涛李向波大连理工大学机械工程学院

针对激光熔覆再制造镍基自熔性合金(NiCrBSi)涂层的裂纹问题,本文提出预热加保温激光熔覆复合工艺技术成功在45钢上制备无裂纹的Ni60A合金涂层。SEM (Scanning Electron Microscope)观察发现Ni60A涂层显微组织主要是树枝状固溶体和晶间... 详细信息

针对激光熔覆再制造镍基自熔性合金(NiCrBSi)涂层的裂纹问题,本文提出预热加保温激光熔覆复合工艺技术成功在45钢上制备无裂纹的Ni60A合金涂层。SEM (Scanning Electron Microscope)观察发现Ni60A涂层显微组织主要是树枝状固溶体和晶间网状共晶硬质相,结合EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)和XRD(X-Ray Diffractometer)分析表明熔覆层中树枝状固溶体为γ(Ni),携带少量Cr和Si,并富含Fe,晶间共晶硬质相主要为Ni3B、M23C6(M=Fe, Ni, Cr)以及M7C3,含有少量CrB硼化物。熔池冷却速度的降低使得晶间共晶硬质相(M23C6、M7C3)减少,韧性相γ(Ni)增加,同时熔覆产生金属化合物FeNi3,熔覆层的韧性得以增强。当预热温度达到300℃,获得无裂纹的Ni60A合金涂层。

关键词：激光熔覆再制造复合工艺裂纹 Ni60A合金

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基于机器学习的激光熔覆形貌预测与监测研究

基于机器学习的激光熔覆形貌预测与监测研究

作者：孟庆栋中国矿业大学

学位级别：硕士

制造业是国家生产力的体现,是国民经济的砥柱中流。再制造产业是解决资源浪费、推进绿色制造的新兴动力,其中激光熔覆再制造已经有了长足的发展。目前对重大装备的关键易损件实施激光再制造已经成为绿色制造研究领域中的热点之一,激光... 详细信息

制造业是国家生产力的体现,是国民经济的砥柱中流。再制造产业是解决资源浪费、推进绿色制造的新兴动力,其中激光熔覆再制造已经有了长足的发展。目前对重大装备的关键易损件实施激光再制造已经成为绿色制造研究领域中的热点之一,激光熔覆对具有复杂曲面特征的大型零部件的损伤修复和表面强化发挥着不可或缺的作用。对零部件表面进行高精度激光熔覆再制造是亟需解决的难题,所以对激光熔覆产生的熔覆层形貌预测研究就格外重要。激光熔覆形貌研究中工艺参数与形貌特征之间是复杂的非线性关系,对工艺参数进行实时优化则能更加精确地控制输入参数,进而得到期望的熔覆层;熔覆过程的闭环控制系统则能提高熔覆质量和效率,捕获熔池的清晰图像有助于对实现激光熔覆过程进行实时反馈控制。本文利用机器学习的优良算法实现对不同姿态下生成的熔覆层进行形貌预测研究,并提出了熔覆过程中熔覆层高度实时监测模型。主要研究内容如下:(1)标准姿态下的单道熔覆层形貌预测。基于遗传算法优化的BP神经网络,使用铁基18Ni300粉末进行单道激光熔覆实验获取形貌特征数据,将工艺参数作为神经网络输入,熔层覆形貌高度、宽度作为输出,建立截面形貌预测模型,并对仿真模型精准度进行验证。(2)柔性姿态下激光熔覆形貌预测研究。针对复杂曲面上无法实现激光头与基板保持垂直状态问题,将柔性姿态进行归类并分别建立理论模型,提出柔性姿态下熔覆层峰值点偏移量(35)的概念;通过具体实验验证理论模型的准确性,并首次通过多元线性回归分析方法预测柔性姿态下熔覆形貌。(3)熔覆过程中熔覆层形貌高度的实时监测模型。提出熔覆过程将熔池几何形貌作为反馈信号的闭环控制系统,设计三目摄像机结构解决了捕获熔池图像的路径依赖问题;利用模糊C均值聚类的图像阈值,将模糊性的度量降到最低;使用透视变换将熔池图像边界由图像平面转到工作平面,提取投影图像的特征作为输入变量,利用递归神经网络对熔覆层形貌高度进行预测。该论文有图76幅,表15个,参考文献80篇。

关键词：激光熔覆再制造机器学习形貌预测柔性姿态实时监测

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超微粉碎机关键易损零件再制造研究及其实现

超微粉碎机关键易损零件再制造研究及其实现

作者：吕彩萍福建农林大学

学位级别：硕士

超微粉碎机在食品、矿业、化工等领域应用广泛,锤刀作为其关键易损零件每年都有大量零件需要更换,更换下来破损锤刀大部分作为废品卖掉,造成资源严重浪费。随着国家建立资源节约型社会的政策,再制造技术得到快速发展。传统修复方法存在... 详细信息

超微粉碎机在食品、矿业、化工等领域应用广泛,锤刀作为其关键易损零件每年都有大量零件需要更换,更换下来破损锤刀大部分作为废品卖掉,造成资源严重浪费。随着国家建立资源节约型社会的政策,再制造技术得到快速发展。传统修复方法存在一些弊端,而激光熔覆再制造因其成型形状易控制、修复后零件性能高、绿色无污染等优势得到广泛青睐。本文主要对锤刀激光熔覆再制造进行研究,首先利用逆向工程完成破损部分数据采集、处理与三维重构。其次是对锤刀破损部分激光熔覆路径的规划及最佳工艺参数的选取。最后完成激光熔覆实验并对激光熔覆质量进行检测。本文详细研究内容和结论如下:(1)锤刀破损部位三维模型重构首先是三维逆向数据的获取,对比分析了非接触式测量和接触式测量的优缺点,结合锤刀零件本身特点,最终选取非接触式测量。其次采用专业点云处理软件对点云进行去除体外孤点、去处噪音、修补孔洞等数据修复处理。最后将标准锤刀三维模型导入,经过一系列转化后和破损锤刀进行对齐处理,获取锤刀破损部位模型。(2)激光熔覆路径规划激光熔覆路径规划主要包括三部分:三维模型分层切片、扫描填充路径规划、机器人熔覆路径的控制。第一部分三维模型分层切片主要介绍了分层切片原理和主要算法研究,最后介绍了如何利用相关软件完成分层切片。第二部分扫描填充路径规划主要介绍了目前主要的扫描路径规划方法,根据锤刀零件破损部位本身特点采用复合扫描填充方法规划扫描填充路径。第三部分机器人熔覆路径的控制主要介绍了机器人一些基础坐标系及如何利用坐标转换和运动学原理实现机器人运动控制,最后对机器人轨迹控制的编程方式进行简单介绍。(3)激光熔覆材料选择及最佳工艺参数选取材料选取过程中,首先对激光熔覆粉末进行简单分析,选取Fe55、Fe60、Ni55、Ni60四种粉末。其次简单介绍了激光熔覆设备并对所选取的粉末进行二分法实验。最后通过熔覆层结合性及硬度检测选取经济性和性能最佳的Fe60作为熔覆材料。最佳工艺选取过程中,首先分析影响激光熔覆质量的主要工艺参数。其次设计五水平四因素的单道熔覆实验,分别对激光功率、扫描速度、保护气流量、送粉速率四种因素对熔覆层宽度、高度、熔深、稀释率的影响进行分析,结果表明激光功率和扫描速度对熔覆层宽度和高度影响较大,而送粉速率和保护气流量影响对其影响较小,但送粉速率对熔深和稀释率有较大影响。通过对比分析试样表面质量、结合处显微组织、硬度值得出:激光熔覆功率1800W,扫描速度10mm/s,保护气流量800L/h,送粉率50r/min为最佳单道熔覆参数。最后采用单道熔覆最佳参数进行多道搭接实验,分析其表面质量和显微硬度,得出最佳搭接率为40.63%。(4)锤刀激光熔覆实验、熔覆质量检测、经济性分析对锤刀激光熔覆实验过程进行介绍,包括破损锤刀预处理、模型分层切片、机器人轨迹离线编程。激光熔覆质量检测主要包括表面质量检测和摩擦磨损性能检测,检验结果表明修复区表面硬度值范围为53.8HRC-58.2HRC符合硬度要求,修复部位摩擦系数小于基体性且稳定磨损时间较基体长,磨损性能符合标准零件要求。最后对熔覆经济性进行分析,分析表明锤刀激光熔覆再制造每年节省大量成本,符合经济性要求。

关键词：超微粉碎机锤刀激光熔覆再制造工艺参数