一種腐蝕損傷零件的修復(fù)方法及裝置
專(zhuān)利匯可以提供一種腐蝕損傷零件的修復(fù)方法及裝置專(zhuān)利檢索，專(zhuān)利查詢(xún)，專(zhuān)利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及一種 腐蝕 損傷零件的修復(fù)方法，用 銑刀 自動(dòng)以最小銑切量逐層清除腐蝕產(chǎn)物，記錄最終銑切面的詳細(xì)三維數(shù)據(jù)后采用3D打印方法進(jìn)行快速修復(fù)至零件原設(shè)計(jì)形狀，之后進(jìn)行 噴丸 強(qiáng)化。本發(fā)明還涉及一種腐蝕損傷零件的修復(fù)裝置，包括具有四個(gè) 自由度 的機(jī)械手，所述機(jī)械手的前端設(shè)有可換工位的銑刀和3D打印頭。本發(fā)明在清除腐蝕產(chǎn)物后通過(guò)3D打印的方法對(duì)零件的腐蝕損傷部位進(jìn)行修復(fù)，從而降低了腐蝕損傷零件的報(bào)廢率，提高腐蝕損傷零件的修復(fù)效率、修復(fù)強(qiáng)度和可靠性。本發(fā)明可應(yīng)用于腐蝕損傷零件的修復(fù)。，下面是一種腐蝕損傷零件的修復(fù)方法及裝置專(zhuān)利的具體信息內(nèi)容。
1.一種腐蝕損傷零件的修復(fù)方法，其特征在于：用銑刀自動(dòng)以最小銑切量逐層清除腐蝕產(chǎn)物，記錄最終銑切面的詳細(xì)三維數(shù)據(jù)后采用3D打印方法進(jìn)行快速修復(fù)至零件原設(shè)計(jì)形狀，之后進(jìn)行噴丸強(qiáng)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕損傷零件的修復(fù)方法，其特征在于：腐蝕產(chǎn)物清除后在銑切面銑切出交錯(cuò)相接的細(xì)小溝槽或網(wǎng)格，形成最終銑切面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腐蝕損傷零件的修復(fù)方法，其特征在于：以最終銑切面為底部，由下至上逐層添加和固化修復(fù)原料進(jìn)行3D打印修復(fù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的腐蝕損傷零件的修復(fù)方法，其特征在于：當(dāng)修復(fù)零件為單一材料時(shí)，最終銑切面為溝槽狀，修復(fù)原料為單一結(jié)構(gòu)；當(dāng)修復(fù)零件為纖維復(fù)合材料時(shí)，最終銑切面為網(wǎng)格狀，修復(fù)原料為至少一種纖維材料和一種樹(shù)脂材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的腐蝕損傷零件的修復(fù)方法，其特征在于：腐蝕產(chǎn)物的清除過(guò)程中，通過(guò)連續(xù)監(jiān)控銑刀的扭力值來(lái)確定銑切軌跡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的腐蝕損傷零件的修復(fù)方法，其特征在于，所述銑切軌跡通過(guò)以下方式確定：
a. 將銑刀安裝在帶扭力傳感器的銑刀軸上，以構(gòu)件未腐蝕區(qū)的表面為深度基準(zhǔn)，將銑刀移至腐蝕區(qū)的大致中間位置，記為原點(diǎn)A；
b. 按設(shè)定的每層切削量將銑刀一邊旋轉(zhuǎn)一邊下移，再向腐蝕區(qū)邊緣移動(dòng)，當(dāng)扭力值突然增加時(shí)繼續(xù)按原方向移動(dòng)直到扭力值的增加速度開(kāi)始明顯下降時(shí)，記錄該扭力值作為臨界值P，銑刀繼續(xù)按原方向移動(dòng)，當(dāng)扭力值達(dá)到1.2P時(shí)，記該位置為D點(diǎn)；
c.以D為起點(diǎn)，使銑刀以位置A為參照點(diǎn)作周向移動(dòng)，并以銑刀盡量向遠(yuǎn)離A處移動(dòng)且保持扭力值在1.1P~1.2P之間為原則，直到銑刀回到起點(diǎn)D，記錄銑刀走出的封閉軌跡；
d.銑刀在所述封閉軌跡內(nèi)按平行路徑繞行多圈，直至覆蓋封閉軌跡之內(nèi)的全部區(qū)域從而形成一層銑切面，記錄平行移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)扭力值最小的位置，記為新的原點(diǎn)A，如果平行移動(dòng)時(shí)的扭力值比較穩(wěn)定，則不更新原點(diǎn)A的記錄；
e.以步驟d所形成的銑切底面為深度基準(zhǔn)，重復(fù)步驟b~d，直至在封閉軌跡內(nèi)銑切時(shí)所產(chǎn)生的扭力值全部達(dá)到1.0P~1.1P時(shí)，完成腐蝕產(chǎn)物的清除，并將各層銑切面自動(dòng)生成包絡(luò)面數(shù)據(jù)。
7.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述方法的裝置，其特征在于：包括具有四個(gè)自由度的機(jī)械手，所述機(jī)械手的前端設(shè)有可換工位的銑刀和3D打印頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于：所述3D打印頭上設(shè)有激光射孔且激光的強(qiáng)度可調(diào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于：所述3D打印頭包括工位可換的一個(gè)單孔打印頭和一個(gè)雙孔打印頭，所述單孔打印頭具有單個(gè)用于噴出單一修復(fù)原料的送料孔，所述雙孔打印頭具有分別用于纖維送絲和噴出樹(shù)脂的兩個(gè)送料孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于：所述銑刀包括可換工位的平頭銑刀和尖頭銑刀，所述平頭銑刀的銑刀軸上設(shè)有扭力傳感器。
一種腐蝕損傷零件的修復(fù)方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
b. 按設(shè)定的每層切削量將銑刀一邊旋轉(zhuǎn)一邊下移，再向腐蝕區(qū)邊緣移動(dòng)，當(dāng)扭力值突然增加時(shí)繼續(xù)按原方向移動(dòng)直到扭力值的增加速度開(kāi)始明顯下降時(shí)，記錄該扭力值作為臨界值P，銑刀繼續(xù)按原方向移動(dòng)，當(dāng)扭力值達(dá)到1.2P時(shí)，記該位置為D點(diǎn)；
c.以D為起點(diǎn)，使銑刀以位置A為參照點(diǎn)作周向移動(dòng)，并以銑刀盡量向遠(yuǎn)離A處移動(dòng)且保持扭力值在1.1P~1.2P之間為原則，直到銑刀回到起點(diǎn)D，記錄銑刀走出的封閉軌跡；
d.銑刀在所述封閉軌跡內(nèi)按平行路徑繞行多圈，直至覆蓋封閉軌跡之內(nèi)的全部區(qū)域從而形成一層銑切面，記錄平行移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)扭力值最小的位置，記為新的原點(diǎn)A，如果平行移動(dòng)時(shí)的扭力值比較穩(wěn)定，則不更新原點(diǎn)A的記錄；
e.以步驟d所形成的銑切底面為深度基準(zhǔn)，重復(fù)步驟b~d，直至在封閉軌跡內(nèi)銑切時(shí)所產(chǎn)生的扭力值全部達(dá)到1.0P~1.1P時(shí)，完成腐蝕產(chǎn)物的清除，并將各層銑切面自動(dòng)生成包絡(luò)面數(shù)據(jù)。
圖3是銑刀軸扭力M與銑刀位置到腐蝕區(qū)中心點(diǎn)距離L的變化趨勢(shì)圖；
圖4是銑刀第一次銑切出來(lái)的封閉軌跡的平面示意圖；
圖5是清除第一層腐蝕產(chǎn)物時(shí)銑刀多圈繞行后的軌跡示意圖；
圖6是在平頭銑刀銑切所產(chǎn)生的臺(tái)階銑切面基礎(chǔ)上生成的包絡(luò)面的截面示意圖；
圖7是在鋁合金損傷零件銑刀坑內(nèi)加工出的溝槽形狀示意圖；
圖8是鋁合金零件修復(fù)后的截面示意圖；
圖9是碳纖維復(fù)合材料零件腐蝕區(qū)域的局部示意圖；
圖10是在碳纖維復(fù)合材料損傷零件銑刀坑內(nèi)加工出的網(wǎng)格形狀示意圖；
圖11是碳纖維零件修復(fù)后的截面示意圖。
具體實(shí)施方式
（1）選擇銑刀及加工參數(shù)：由于7075鋁合金的腐蝕產(chǎn)物類(lèi)似于粉末，在清除腐蝕產(chǎn)物時(shí)，選擇直徑稍大的平頭銑刀以增加腐蝕產(chǎn)物的清除效率，直徑為6mm，設(shè)定銑刀轉(zhuǎn)速為
800轉(zhuǎn)/分，銑刀移動(dòng)速度為2mm/秒，每層切削量為0.5mm；在銑切最終溝槽型面時(shí)，選擇直徑為2mm的尖頭銑刀，銑刀移動(dòng)速度為1mm/秒，每層切削量為0.3mm；
（2）準(zhǔn)備清除腐蝕產(chǎn)物：將所選用的平頭銑刀安裝在帶扭力傳感器的銑刀軸上，以構(gòu)件未腐蝕區(qū)的表面為深度基準(zhǔn)，將銑刀移至腐蝕區(qū)的大致中間位置，記為原點(diǎn)A；
（3）清除當(dāng)前這一層腐蝕產(chǎn)物：按設(shè)定的每層切削量（0.5mm）將銑刀一邊旋轉(zhuǎn)一邊下移0.5mm，再按設(shè)定的移動(dòng)速度（2mm/秒）向腐蝕區(qū)邊緣移動(dòng)，銑刀從A點(diǎn)向外移動(dòng)的過(guò)程中，銑刀軸扭力值M的變化趨勢(shì)如圖3所示：開(kāi)始階段扭力值M很小并保持穩(wěn)定（AB段），說(shuō)明銑刀一直在切削腐蝕產(chǎn)物I；當(dāng)銑刀在切削腐蝕過(guò)渡區(qū)材料II時(shí)，由于腐蝕過(guò)渡區(qū)的厚度較小，所以扭力值M會(huì)迅速增加（BC段）；當(dāng)扭力值M增加速度開(kāi)始減小時(shí)（C點(diǎn)），說(shuō)明銑刀已切削到基體材料III，記錄該扭力值作為臨界值P。當(dāng)銑刀繼續(xù)向基體III方向移動(dòng)，則鈕力M繼續(xù)增加，但增加速度會(huì)有所減小，當(dāng)扭力值增加到1.2P時(shí)，銑刀停止移動(dòng)，記錄該位置為D點(diǎn)；
（4）清除當(dāng)前這一層腐蝕區(qū)邊緣的腐蝕產(chǎn)物：以D點(diǎn)為起點(diǎn)，使銑刀以位置A為參照點(diǎn)按逆時(shí)針方向移動(dòng)，并以銑刀盡量向遠(yuǎn)處移動(dòng)且保持扭力值在1.1P~1.2P之間為原則，直到銑刀回到所述起點(diǎn)D，這時(shí)銑刀圍繞腐蝕區(qū)當(dāng)前這一層的邊緣繞行一圈，系統(tǒng)自動(dòng)記錄銑刀的封閉軌跡，如圖4所示；
（5）清除當(dāng)前這一層腐蝕區(qū)其余的腐蝕產(chǎn)物：銑刀在形成的封閉軌跡內(nèi)按平行路徑繞行多圈（每圈向內(nèi)移動(dòng)的距離等于銑刀的直徑），直至覆蓋封閉軌跡之內(nèi)的全部區(qū)域（如圖5所示），則可以將腐蝕區(qū)這一層的腐蝕產(chǎn)物全部清除。如果銑刀繞行時(shí)的扭力有時(shí)大有時(shí)小，說(shuō)明在扭力大的地方銑刀已接觸到腐蝕過(guò)渡區(qū)甚至接觸到基體材料，而扭力小的地方則腐蝕深度較大，系統(tǒng)自動(dòng)記錄繞行時(shí)出現(xiàn)扭力值明顯偏小的位置，分別用A1、A2、A3等等更新本來(lái)記錄的A點(diǎn)位置，以便作為清除下一層腐蝕產(chǎn)物的參考點(diǎn)；如果繞行時(shí)的扭力值小于P而且穩(wěn)定不變，說(shuō)明銑刀在這一區(qū)域繞行時(shí)還沒(méi)有接觸到腐蝕過(guò)渡區(qū)，全部在完全腐蝕區(qū)內(nèi)移動(dòng)，這種情況下則不用更新原點(diǎn)A；
（6）逐層清除腐蝕產(chǎn)物：以步驟（5）所形成的銑切底面為深度基準(zhǔn)，重復(fù)步驟（3）~（5），直至在封閉軌跡內(nèi)銑切時(shí)所產(chǎn)生的扭力值全部達(dá)到1.0P~1.1P，說(shuō)明銑刀已全部接觸腐蝕區(qū)域底部的基體材料，完成了腐蝕產(chǎn)物的清除；如果在清除某一層腐蝕產(chǎn)物開(kāi)始的時(shí)候，銑刀下降過(guò)程中出現(xiàn)扭力值達(dá)到1.0P~1.1P，說(shuō)明已經(jīng)與基體材料接觸，這種情況下不需要下降至指定的每層切削量即可停止下降，并繼續(xù)完成當(dāng)前層腐蝕產(chǎn)物的清除。然后將前述各銑切步驟所產(chǎn)生帶有臺(tái)階的銑切面自動(dòng)生成包絡(luò)面數(shù)據(jù)，如圖6所示。
（9）表面強(qiáng)化：由于在修復(fù)過(guò)程中采用了激光固化，所形成的熱影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生不利的殘余應(yīng)力，為了消除這一不利影響，用玻璃彈丸對(duì)修復(fù)表面及附近區(qū)域進(jìn)行噴丸強(qiáng)化處理，一方面消除不利的殘余應(yīng)力，另一方面又可以改善表面質(zhì)量。
（1）選擇直徑為6mm的平頭銑刀，設(shè)定銑刀轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，銑刀移動(dòng)速度為5mm/秒，每層切削量為0.8mm；選擇尖部直徑1mm的尖頭銑刀，銑刀移動(dòng)速度為2mm/秒，每層切削量為0.3mm；
（2）~（6）與實(shí)施例1相同；
（7）更換尖頭銑刀，在所形成的銑切包絡(luò)面的基礎(chǔ)上再銑去0.3mm厚的基體材料，徹底清除腐蝕產(chǎn)物，并銑出網(wǎng)格，如圖10所示，記錄最終形成的銑切面的三維數(shù)據(jù)信息；
（8）按步驟（7）所記錄的銑切面的三維數(shù)據(jù)信息，采用雙孔打印頭，通過(guò)其中的一個(gè)送料孔將碳纖維噴出，通過(guò)環(huán)繞在網(wǎng)格的凸點(diǎn)上使纖維拉直，并通過(guò)另一個(gè)送料孔將樹(shù)脂材料噴射到碳纖維上，同時(shí)激光照射剛噴到銑切表面的碳纖維和樹(shù)脂使其固化，在對(duì)銑切部位進(jìn)行增料打印修復(fù)過(guò)程中，雙孔打印頭先從銑切面最深部位開(kāi)始，在這一層內(nèi)逐條逐條添加材料并固化，完成一層之后將雙孔打印頭向上移動(dòng)一段距離進(jìn)行第二層材料的添加和固化，直到恢復(fù)零件原始的設(shè)計(jì)形狀，如圖11所示；由于銑切坑內(nèi)的網(wǎng)格中有很多凸點(diǎn)，不僅可以將纖維以平直的狀態(tài)鋪設(shè)到銑切坑內(nèi)，避免出現(xiàn)纖維彎曲在材料內(nèi)部，以便充分發(fā)揮纖維各向異性的性能特點(diǎn)，而且可以按性能要求選擇在所需要的方向上對(duì)纖維進(jìn)行編織，從而獲得優(yōu)化的纖維分布及機(jī)械性能。
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