【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，尤其涉及一种曲面随形增材熔池磁场控制系统及方法。
技术介绍
1、电弧、激光定向能量沉积增材制造技术（direct energy deposition，ded）因其高效率、高精度、适应性强等优点，广泛应用于航空航天、能源、军工、汽车等领域关键构件的快速制造或修复再制造，增材制造技术主要工艺流程包含：三维建模、分层切片、轨迹规划、增材成形、热处理及后处理精加工等，其中分层切片目前普遍采用水平分层切片方法，通过逐层水平堆积形成三维实体。然而，在成形具有曲面特征结构的零件时水平分层方法不可避免的存在台阶效应，导致曲面成形精度低，手续精加工余量大，且用于修复再制造时，以及出现修复层与已有基地侧壁熔合不良，以及孔隙夹杂缺陷。此外，电弧增材单层厚度可达2.0~4.0mm，台阶效应更为显著，严重限制了重点领域关键构件增材制造及修复再制造性能；一些学者提出了曲面随形分层切片增材制造方法，即以零件外表曲面为基准，逐层向内偏置进行分层切片，规划曲面增材轨迹，然后由底至表曲面随形增材成形，直接克服了水平分层的台阶效应，能够形成曲面随形增材层，且可形成由表及里的梯度材料结构，精度性能显著提高。
2、然而，在复杂曲面上进行随形增材成形仍面临着关键难点，焊枪在平面增材时，熔池始终处于水平状态，而在曲面上进行随形增材时，不同区域曲率、局部倾角不同，导致不同轨迹方向可能出现平焊、横焊、向上焊、向下焊等不同空间焊接位置，而在不同位置下，重力对熔池流体流动状态影响不同，导致最终焊道形貌差异显著，难以获得均匀一致的曲面随形修复层，如
技术实现思路
1、有鉴于此，有必要提供一种曲面随形增材熔池磁场控制系统及方法，用以解决曲面随形增材时熔池出现失稳流淌，导致曲面成形精度低的技术问题。
2、为了解决上述问题，本专利技术提供一种曲面随形增材熔池磁场控制系统，曲面随形增材熔池磁场控制系统包括增材模块、角度计算模块、控制模块；
3、所述增材模块，用于对待焊接曲面进行随形增材；
4、所述角度计算模块，用于根据规划的曲面随形增材轨迹计算出增材模块的旋转角度；
5、所述控制模块，用于基于所述旋转角度调节增材模块，以生成恒定磁场，基于所述恒定磁场获得曲面随形增材过程中熔池的反向洛伦兹力，基于所述反向洛伦兹力阻碍熔池流动。
6、在一种可能的实现方式中，所述增材模块包括焊枪喷管、驱动电机、驱动齿轮、从动齿轮、旋转基座、左导磁体、右导磁体、焊丝；
7、所述焊枪喷管与所述驱动电机通过夹具连接，所述驱动电机与所述驱动齿轮连接，所述驱动齿轮与所述从动齿轮啮合传动，所述旋转基座与所述焊枪喷管固定连接，所述从动齿轮、旋转基座、左导磁体以及右导磁体固定连接，并与所述焊枪喷管同轴，所述焊丝与所述焊枪喷管固定连接。
8、在一种可能的实现方式中，所述驱动电机的位置控制精度为。
9、在一种可能的实现方式中，所述驱动齿轮与所述从动齿轮的传动比为3:1。
10、在一种可能的实现方式中，所述增材模块还包括电磁铁左线圈、电磁铁右线圈；
11、所述电磁铁左线圈套装在所述左导磁体上，所述电磁铁右线圈套装在所述右导磁体上，所述电磁铁左线圈与所述电磁铁右线圈的绕向相反，并联接同一直流电源，其中，所述电磁铁左线圈为逆时针绕向，所述电磁铁右线圈为顺时针绕向。
12、在一种可能的实现方式中，所述角度计算模块具体用于根据规划的曲面随形增材轨迹确定曲面随形增材轨迹点的重力投影方向，基于所述重力投影方向分别计算出电磁铁左线圈与电磁铁右线圈的轴线与所述重力投影方向垂直时从动齿轮、驱动齿轮、驱动电机的旋转角度。
13、在一种可能的实现方式中，所述控制模块具体用于基于所述驱动电机的旋转角度实时调节所述驱动电机，以实现所述电磁铁左线圈与电磁铁右线圈的轴线与所述重力投影方向垂直后，生成恒定磁场，基于所述恒定磁场获得曲面随形增材过程中熔池的反向洛伦兹力，基于所述反向洛伦兹力阻碍熔池流动。
14、另一方面，本专利技术还提供一种曲面随形增材熔池磁场控制方法，通过如上所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统实现，包括如下步骤：
15、基于所述增材模块对待焊接曲面进行随形增材；
16、基于所述角度计算模块根据规划的曲面随形增材轨迹计算出增材模块的旋转角度；
17、基于所述控制模块基于所述旋转角度调节增材模块，以生成恒定磁场，基于所述恒定磁场获得曲面随形增材过程中熔池的反向洛伦兹力，基于所述反向洛伦兹力阻碍熔池流动。
18、在一种可能的实现方式中，所述基于所述恒定磁场获得曲面随形增材过程中熔池的反向洛伦兹力，基于所述反向洛伦兹力阻碍熔池流动，包括：
19、预设平衡条件，在曲面随形增材过程中，基于所述恒定磁场，通过熔池切割所述恒定磁场的磁感线，获得熔池的反向洛伦兹力；
20、获取曲面上熔池的重力切向分量，当所述反向洛伦兹力与所述熔池的重力切向分量满足所述平衡条件时，使所述熔池停止流动。
21、在一种可能的实现方式中，所述平衡条件的计算式为：
22、，
23、其中，为反向洛伦兹力，为熔池的重力切向分量，为熔池中感生电荷，为熔池在重力沿曲面切线方向流速的分量，为恒定磁场强度，为熔池所受重力，为熔池在曲面上的局部夹角。
24、本专利技术的有益效果是：曲面随形增材熔池磁场控制系统包括增材模块、角度计算模块、控制模块，根据规划的曲面随形增材轨迹计算出增材模块的旋转角度，保证磁场方向始终垂直于重力在曲面的切线矢量方向，从而实现最大切割磁感线角度，提高反向作用力，保证了反向阻碍效果，基于旋转角度调节增材模块，以生成恒定磁场，基于恒定磁场获得曲面随形增材过程中熔池的反向洛伦兹力，基于反向洛伦兹力阻碍熔池流动，通过反向洛伦兹力抑制熔池向下流动，克服重力对熔池的不利影响，保证均匀一致的成形形貌，提高了曲面成形精度。
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1.一种曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，包括增材模块、角度计算模块、控制模块；
2.根据权利要求1所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，所述增材模块包括焊枪喷管、驱动电机、驱动齿轮、从动齿轮、旋转基座、左导磁体、右导磁体、焊丝；
3.根据权利要求2所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，所述驱动电机的位置控制精度为。
4.根据权利要求2所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，所述驱动齿轮与所述从动齿轮的传动比为3:1。
5.根据权利要求2所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，所述增材模块还包括电磁铁左线圈、电磁铁右线圈；
6.根据权利要求5所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，所述角度计算模块具体用于根据规划的曲面随形增材轨迹确定曲面随形增材轨迹点的重力投影方向，基于所述重力投影方向分别计算出电磁铁左线圈与电磁铁右线圈的轴线与所述重力投影方向垂直时从动齿轮、驱动齿轮、驱动电机的旋转角度。
7.根据权利要求6所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，
8.一种曲面随形增材熔池磁场控制方法，其特征在于，通过如权利要求1-7任意一项所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统实现，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的曲面随形增材熔池磁场控制方法，其特征在于，所述基于所述恒定磁场获得曲面随形增材过程中熔池的反向洛伦兹力，基于所述反向洛伦兹力阻碍熔池流动，包括：
10.根据权利要求9所述的曲面随形增材熔池磁场控制方法，其特征在于，所述平衡条件的计算式为：
...【技术特征摘要】
1.一种曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，包括增材模块、角度计算模块、控制模块；
2.根据权利要求1所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，所述增材模块包括焊枪喷管、驱动电机、驱动齿轮、从动齿轮、旋转基座、左导磁体、右导磁体、焊丝；
3.根据权利要求2所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，所述驱动电机的位置控制精度为。
4.根据权利要求2所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，所述驱动齿轮与所述从动齿轮的传动比为3:1。
5.根据权利要求2所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，所述增材模块还包括电磁铁左线圈、电磁铁右线圈；
6.根据权利要求5所述的曲面随形增材熔池磁场控制系统，其特征在于，所述角度计算模块具体用于根据规划的曲面随形增材轨迹确定曲面随形增材轨迹点的重力投影方向，基于所述重力投影方向分别计算出电磁铁左线圈与电磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡泽启，王一同，陈铭章，陈昱东，宋锐，华林，秦训鹏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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