某起落架热锻模电弧熔丝增材制造梯度修复研究

航空热锻模具的服役环境十分恶劣，其寿命通常在数件次或数十件次。此外，航空热锻模的型腔通常比较复杂，各个区域的服役工况差别较大。采用传统方法制造的热锻模具，一般整体采用均质模具钢5CrNiMo 或H13 制得，各区域性能一致，因此，工况恶劣的区域更容易产生压塌变形、磨损和起裂等失效。同时，由于原材料、热处理及机加工成本高，进而导致新制模具成本高，因此，大型热锻模的再制造修复尤为重要。目前常见失效模具的修复方法为手工堆焊修复，由于操作简单、工艺要求较低，获得了广泛地应用。然而，随着国家绿色制造和智能制造等战略的提出，基于数字化、智能化、精确化的机器人自动修复技术逐渐获得了广泛地重视。

目前，国内外学者大多将电弧熔丝增材制造技术的研究重点放在小型构件的增材制造上，而对自动电弧熔丝增材制造技术在大型失效热锻模上的再制造修复研究十分有限。为了降低航空热锻模的使用成本，提高修复效率和精度，本文以某大型起落架失效热锻模为研究对象，探讨了使用自动电弧熔丝增材再制造技术对其进行自动修复的可行性。

热锻模梯度分层设计

在增材制造修复前，首先对模具的结构进行重新设计，进而从结构上提升模具的服役寿命。由于大型航空热锻模服役时，各个区域的工况不同，因此最佳设计应当是，不同区域使用不同性能的材料，实现模具的等寿命设计，进而提高模具的服役寿命。为分析各个区域所需的材料性能及类型，使用Deform-3D对热锻模服役工况进行数值仿真。

在此背景下，为了提高糖尿病肾病患者的早期诊断效果，对尿液 α1-MG、β2-MG、TRF、mAlb和 Cys-C 进行联合检测。其中α1-MG由人体的肝脏和淋巴细胞合成的糖蛋白。正常情况下α1-MG存在于人体各种体液和淋巴细胞膜的表面，但当人体出现异常情况时，如肾小球的过滤能力不足、肾小管吸收α1-MG能力降低时，可导致α1-MG升高。因此α1-MG可用于糖尿病肾病患者肾小球早期损伤的判定指标之一。

如图1 所示，模具服役时温度场梯度较大，模具表层温度较高，心部温度较低；此外，等效应力场的分布在深度方向上逐渐降低。模拟结果表明，模具表层需要使用耐高温材料，心部可以使用普通材料。

图5 为某起落架失效模具自动电弧熔丝增材再制造修复试制结果。修复机器人选择桁架机器人，即X/Y/Z 三轴控制焊枪沿着规划的轨迹移动，进而实现目标模型的增材制造。如图5(a)所示，焊接工艺参数经过不断调试后可达到近零飞溅焊接。图5(b)为自动电弧熔丝增材再制造修复后的产品，修复后的产品表面预留了5mm 的机械加工余量。由于采用数字化控制技术，自动修改产品的精度较高，可大幅节省材料，尤其是强化层材料价格高昂，因此采用这种技术进行失效热锻模自动修复，不仅可以节省人工成本，还可以大幅节省焊材费用。如图5(c)所示，机械加工后的起落架模具表面光滑，无气孔、夹渣等焊接缺陷。

逮及春秋、战国之际官学下移、私学兴起，“文士”渐渐取代“武士”而成为历史主角，“国人”的历史内涵亦悄无声息地完成时代转型。战国时期，“国人”俨然成为平民大众的代名词。如《孟子·梁惠王章句下》，孟子曰：

电弧熔丝增材制造修复流程

采用轮廓等距偏移算法对增材目标模型进行截面填充，如图4 所示。不同高度的截面其截面形状差异较大，距离表面4mm 处的增材路径有一个封闭区域，距离表面22mm 处的增材路径有两个封闭区域。不同高度位置的等距随形填充轨迹效果较好，断弧次数较少。此外，轮廓等距偏移填充轨迹的过渡圆滑、转折较少，机器人焊接时，对减速机、伺服电机的冲击较小。

图3(a)为增材制造修复目标模型，表示待增材制造的形状，图3(b)为在某一个高度进行切片的截面形状，其中，I、III 区域为增材区域，II 区域为空白区域。路径规划的目的是生成与焊缝宽度相同的路径对I、III 区进行完整填充，增材目标模型按照第一节的分层结构进行模型切分，分别得到过渡层和强化层的增材目标模型。

增材目标模型获取

孔老一失魂落魄地走出碉堡，每见一个弟兄就翻过来认认，奇怪的是，所有的弟兄脑袋都不见了，都露着齐刷刷，碗口粗的血脖子，翻一个是这样再翻一个还是这样。连他自己都觉得是不是得了幻觉，或者是在梦游，他仰起脖子，看到血红的朝阳升起，再看一眼堑壕外面，面向鬼子方向，他的弟兄，他五连所有的弟兄，脑袋挨着脑袋，整整齐齐码成一排……

③绩效指标与绩效评价指标。如上文所述，绩效指标是对项目绩效目标和工作内容的细化和量化。绩效评价指标则是运用一定的绩效评价标准（计划标准、行业标准、历史标准等）衡量绩效目标（含绩效指标）实现程度的考核工具，包含个性评价指标和共性评价指标两种类型。绩效指标和绩效评价指标既是考核与被考核的关系，也存在一定程度的可转化关系。如在某个培训类预算项目中，项目单位申报产出指标——完成培训人员，指标值为“**名”。项目执行完成后，可设置绩效评价指标——培训人员完成率，用实际完成培训人员情况与申报的计划完成培训人员之比来衡量绩效指标的实现程度。

增材路径规划设计

失效热锻模具的自动电弧熔丝增材再制造修复步骤为：失效区域去除(碳弧气刨或机械加工)→3D扫描获取去除失效区域后的数模→增材再制造模型重构梯度结构设计→分层切片→增材路径规划→焊接工艺参数确定→机器人增材命令流生成→增材再制造修复→机械加工。其中，目标模型获取和路径规划直接影响到增材制造修复的精度和质量。

增材修复试制及验证

增材制造修复

如图2 所示，根据温度场和应力场分析结果，设计的模具三层结构分别为：模具基体、过渡层、强化层。其中，模具基体为5CrNiMo 材质，过渡层通常为铁基材料，强化层可以使用镍基材料。

在整个修复流程中，3D 扫描的目的在于获取碳弧气刨后不标准的模具模型，便于后续与标准模型做差，进而获得增材再制造目标模型。

生产验证

某起落架的材质为高强度A-100 钢，其强度达到2000MPa；坯料的重量大于600kg，坯料加热温度大于1100℃，模具要求预热温度450℃。进行48 件产品的生产，生产后对模具进行检验。如图6 所示，自动梯度增材修模与手工均质修复锻模相比，锻模冲头和桥部无堆塌、翻边等缺陷，自动梯度增材修模整体状况较手工均质修复模具有较大改善。

结论

⑴使用基于数字化、自动化、智能化技术的电弧熔丝增材制造修复技术修复大型热锻模，能够精确控制增材区域、精确控制机械加工余量，进而显著节省增材材料。

⑵使用自动电弧熔丝增材制造修复技术，能够精确实现热锻模的梯度功能增材制造修复，实现“好钢用在刀刃上”的模具设计理念，进而大幅提升模具的服役寿命。

⑶自动梯度增材修复锻模与手工均质修复锻模相比，锻模冲头和桥部无堆塌、翻边等缺陷，模具服役寿命远高于手工均质修复模具。