激光熔覆技術(shù)利用高能激光束使金屬材料熔化，并與基材冶金結(jié)合形成耐腐蝕、耐磨損、硬度高且力學(xué)性能優(yōu)良的熔覆層，可修復(fù)零件破損面并延長(zhǎng)零件使用壽命，廣泛用于零件表面強(qiáng)化。

　　對(duì)于等截面零件一般采用平行切片法生成熔覆掃描路徑;然而，對(duì)于空間自由曲面的激光熔覆，由于三維曲面的不可展特點(diǎn)與梯度變化，平行切片法將導(dǎo)致熔覆層各熔道間距不等。疏密不均的熔道會(huì)造成熔覆層隆起或凹陷，厚薄不均，嚴(yán)重影響熔覆表面質(zhì)量。

　　針對(duì)上述問(wèn)題，蘇州大學(xué)激光制造技術(shù)研究所石拓副研究員團(tuán)隊(duì)基于點(diǎn)云提出了一種等搭接率熔覆路徑規(guī)劃算法，在自由曲面上獲得了平整均勻的熔道，并保證了加工過(guò)程中熔覆噴頭始終垂直于加工表面，實(shí)現(xiàn)了自由曲面的激光均勻熔覆。

　　為了驗(yàn)證該算法的合理性，課題組對(duì)半球封頭進(jìn)行了激光熔覆強(qiáng)化。以半球的球心為原點(diǎn)，在相鄰熔道上任取兩點(diǎn)P1、P2.圖1(a)表示沿x方向采用等距切片法后，P1.P2兩點(diǎn)的距離;圖1(b)表示采用本文算法后的兩點(diǎn)間距。由圖可知，采用等距切片法進(jìn)行熔覆時(shí)，相鄰熔道的間距有較大的差異;而采用本文算法后，相鄰熔道的間距相等。

　　圖1 兩種方法間距比較。(a) 等距切片法相鄰熔道間距;(b) 本算法相鄰熔道間距

　　熔覆過(guò)程中計(jì)算每一加工點(diǎn)的法向矢量，并變換機(jī)器人姿態(tài)以保持熔覆噴頭始終垂直加工表面，熔覆過(guò)程及熔覆層表面如圖2所示。

　　圖2 激光熔覆過(guò)程及熔覆層實(shí)物圖

　　選取100個(gè)不同位置測(cè)量熔覆層厚度，如圖3所示。平均熔覆厚度為0.434 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.032 mm。熔覆層波紋度較小，熔覆層整體熔覆厚度均勻，無(wú)明顯道間隆起或凹陷等缺陷，表面形貌較好。

　　圖3 熔覆層厚度

　　熔覆層熔道的間距如圖4所示，熔道間距在(1.6 ± 0.2) mm之間波動(dòng)，范圍較小，表明本方法很好地保證了熔道間距相等，即實(shí)現(xiàn)了熔道等搭接率。

　　圖4 相鄰熔道間距

　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，等間距軌跡規(guī)劃法結(jié)合熔覆噴頭姿態(tài)的調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)自由曲面的激光均勻熔覆，可用以完成各種空間曲面零件的激光熔覆強(qiáng)化。

      參考文獻(xiàn)： 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng) 

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