【作 者】魯俊;殷鳴;謝羅峰;向錦;李偉

　　【引 言】

　　金屬增材制造技術(shù)常被用來制造或修復(fù)一些薄壁零件,如發(fā)動機(jī)殼體、機(jī)閘、葉片等，這些構(gòu)件往往不全是豎直薄壁形式,而常是傾斜的結(jié)構(gòu)。要成形斜壁零件,可以預(yù)先或同時堆積出支撐結(jié)構(gòu)以防止成形過程中發(fā)生坍塌,但是事后處理支撐結(jié)構(gòu)卻較復(fù)雜。因此對無支撐式成形的研究就顯得極為必要。

　　目前，傾斜薄壁結(jié)構(gòu)的研究已得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。運(yùn)用金屬增材制造技術(shù)制造傾斜薄壁件的無支撐成形方法整體分為三種[1]：打印頭偏移堆積、打印頭變姿態(tài)堆積、基板傾斜堆積。KAZANAS等[2]通過打印頭變姿態(tài)法,使用經(jīng)驗(yàn)過程控制模型通過CMT(cold metal transfer)工藝沉積了從垂直位置到水平位置的各種角度的墻壁。XIONG等[3]基于GMAW(gasmetal arc welding)技術(shù)制造傾斜薄壁零件時,定義了成形層的傾角并通過調(diào)節(jié)送絲速度和行進(jìn)速度來控制傾角大小。LAURA[4]在沉積具有較高斜率壁時，通過多種方法對比,發(fā)現(xiàn)打印頭的方向平行于沉積壁的方向并垂直于基板表面的打印方式可以使零件幾何變形最小。 面向燃燒室結(jié)構(gòu)的圓形薄壁件，王續(xù)躍、江豪等[5~7]依據(jù)偏移不塌陷的臨界條件和層高建立了成形傾斜角度數(shù)學(xué)模型,使用變Z軸提升量法對圓弧截面傾斜薄壁件進(jìn)行熔覆成形。余超等[8]在給定工藝條件下，采用預(yù)設(shè)夾角的方式，最終成功獲得了三元葉片樣件?，F(xiàn)存的文獻(xiàn)大多致力于極限傾斜角度的研究,而鮮有對于傾斜角度的成形精度控制的探索。本文基于實(shí)驗(yàn)，從數(shù)據(jù)層面研究了傾斜角度與重要工藝參數(shù)的對應(yīng)規(guī)律，并設(shè)計了控制器加以控制，獲得了較優(yōu)的效果。

　　【結(jié) 論】

　　針對單道多層LMD偏移堆積工藝過程，本文進(jìn)行研究并得到了以下結(jié)論：

　　(1) 獲得了成形件宏觀傾角與3個工藝參數(shù)的對應(yīng)規(guī)律，掃描速度和單層偏移量與宏觀傾角呈正相關(guān),激光功率與傾角呈負(fù)相關(guān)，其中最大影響因素為單層偏移量,掃描速度次之，激光功率影響最小。

　　(2) 針對單層偏移量單因素影響,對層傾角變化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)辨識，在兩個模型中選擇了更好的非線性自回歸模型，其擬合度達(dá)到了 86.65%o

　　(3) 針對第(2)步中辨識出的模型設(shè)計了模糊 PID控制器和傳統(tǒng)PID控制器，結(jié)果顯示模糊PID控制跟蹤效果更優(yōu)良，在第9層跟蹤上預(yù)設(shè)值，穩(wěn)態(tài)誤差不超0.3%。

　　以下是正文：