МЕТОД ІМПУЛЬСНОГО НАНЕСЕННЯ МАТЕРІАЛУ ПРИ АДИТИВНОМУ ВИРОБНИЦТВІ НА ОСНОВІ ЕЛЕКТРОДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2024-2-3Ключові слова:
адитивне виробництво, 3Д-друк, WAAM, GMAW, електродугове зварювання, хвилястість, поверхні, тепловнесення, оптимізація параметрів.Анотація
Мета роботи. Зменшення хвилястості бокових поверхонь деталей, які виготовляються методом адитивного виробництва на основі електродугового зварювання.
Методи дослідження. Використано дві групи зразків, виготовлених методом адитивного виробництва на основі електродугового зварювання. Хвилястість бокових поверхонь вимірювалась на основі цифрових зображень поперечних перерізів зразків. Зображення отримано шляхом оптично-цифрового сканування. Для встановлення функціонального зв’язку між геометричними параметрами валиків і технологічними параметрами процесу виконувався регресійний та дисперсійний аналізи виміряних даних.
Отримані результати. Визначено, що різні комбінації основних технологічних параметрів забезпечують хвилястість поверхонь 1,21 ±0,23 мм. Виходячи з отриманих результатів було розроблено метод імпульсного нанесення матеріалу. Впровадження періодичних переривань дозволило зменшити тепловнесення і час перебування матеріалу в розплавленому стані, що обмежило його розтікання. Запропонований метод забезпечив значно меншу хвилястість 0,47±0,08 мм і значне покращення стабільності утворюваної нерівномірності поверхонь.
Наукова новизна. Вперше показано, що хвилястість бокових поверхонь при адитивному виробництві на основі електродугового зварювання не залежить від основних технологічних параметрів вирощування, а пов’язана саме з природою процесу нанесення розплавленого металу в цьому методі. Розроблений метод імпульсного нанесення матеріалу обмежує час перебування металу в розплавленому стані, чим досягається зменшення хвилястості поверхонь на величину до 60 % і покращення стабільності геометрії в три рази, за рахунок зменшення стандартного відхилення до 0,08 мм.
Практична цінність. Імпульсний метод формоутворення покращує передбачуваність вирощуваної геометрії за рахунок покращення точності та якості бокових поверхонь. Це дозволяє зменшити величину припуску на обробку і пришвидшити виробництво, а також скоротити відходи. В окремих випадках передбачуваність геометрії дозволяє відмовитись від пост-обробки.
Посилання
Cunningham C. R., Wikshåland S., Xu F., Kemakolam N., Shokrani A., Dhokia V., Newman S. T. (2017). Cost Modelling and Sensitivity Analysis of Wire and Arc Additive Manufacturing. Procedia Manufacturing. 11, 650–657. doi:10.1016/j.promfg.2017.07.163
Lockett H., Ding J., Williams S., Martina F. (2017). Design for Wire + Arc Additive Manufacture: design rules and build orientation selection. Journal of Engineering Design, 28, 7–9, 568–598. doi:10.1080/09544828.2017.1365826
Molochkov D., Kulykovskyi R., Brykov M., Hesse O. (2013). The Influence of Surface Irregularities on the Mechanical Properties of Thin-Walled Wire and Arc Additively Manufactured Parts. Journal of Engineering Sciencesб 10, 2б A10–A17. doi:10.21272/jes.2023.10(2).a2
Peng D., Ang A. S. M., Michelson A., Champagne V., Birt A., Jones R. (2022). Analysis of the Effect of Machining of the Surfaces of WAAM 18Ni 250 Maraging Steel Specimens on Their Durability. Materials, 15, 24, 8890. doi:10.3390/ma15248890
Teixeira F. R., Scotti F. M., Jorge V. L., Scotti A. (2023). Combined effect of the interlayer temperature with travel speed on features of thin wall WAAM under two cooling approaches. The International Journal of Advanced Manufacturing Technologyб 126, 1–2б 273–289. doi:10.1007/s00170-023-11105-w
Le V. T., Doan Q. T., Mai D. S., Bui M. C., Tran H. S., Tran X. Van, Nguyen V. A. (2022). Prediction and optimization of processing parameters in wire and arc-based additively manufacturing of 316L stainless steel. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 44, 9, 394. doi:10.1007/s40430-022-03698-2
Dahat S., Hurtig K., Andersson J., Scotti A. (2020). A Methodology to Parameterize Wire + Arc Additive Manufacturing: A Case Study for Wall Quality Analysis. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 4, 1, 14. doi:10.3390/jmmp4010014
Manjhi S. K., Sekar P., Bontha S., Balan A. S. S. (2023). Effect of CMT-WAAM Process Parameters on Bead Geometry, Microstructure and Mechanical Properties of AZ31 Mg Alloy. Journal of Materials Engineering and Performance. doi:10.1007/s11665-023-08498-w.
Adak D. K., Mukherjee M., Pal T. K. (2015). Development of a Direct Correlation of Bead Geometry, Grain Size and HAZ Width with the GMAW Process Parameters on Bead-on-plate Welds of Mild Steel. Transactions of the Indian Institute of Metals, 68, 5, 839–849. doi:10.1007/s12666-015-0518-8
Rosli N. (2020). Influence of Process Parameter on the Height Deviation of Weld Bead in Wire Arc Additive Manufacturing, 10, 3, 1165–1176. doi:10.24247/ijmperdjun2020101
Lam T. F., Xiong Y., Dharmawan A. G., Foong S., Soh G. S. (2020). Adaptive process control implementation of wire arc additive manufacturing for thin-walled components with overhang features. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 108, 4, 1061–1071. doi:10.1007/s00170-019-04737-4
Baier D., Wolf F., Weckenmann T., Lehmann M., Zaeh M. F. (2022). Thermal process monitoring and control for a near-net-shape Wire and Arc Additive Manufacturing. Production Engineering, 16, 6, 811–822. doi:10.1007/s11740-022-01138-7
Silva L. J. da, Teixeira F. R., Araújo D. B., Reis R. P., Scotti A. (2021). Work Envelope Expansion and Parametric Optimization in WAAM with Relative Density and Surface Aspect as Quality Constraints: The Case of Al5Mg Thin Walls with Active Cooling. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 5, 2, 40. doi:10.3390/jmmp5020040
Thien A., Saldana C., Kurfess T. (2022). The effect of WAAM process parameters on process conditions and production metrics in the fabrication of single-pass
multi-layer wall artifacts. The International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology, 119, 1–2, 531–547. doi:10.1007/s00170-021-08266-x
Molochkov D., Kulykovskyi P., Furmanova N. (2021). Визначення оптимальних параметрів процесу waam на основі технології cmt з використанням низьковуглецевої нелегованої сталі. Innovative Materials and Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering, 1, 62–68. doi:10.15588/1607-6885-2021-1-9
Wu B., Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H., Han J., Fei Z. (2017). Effects of heat accumulation on the arc characteristics and metal transfer behavior in Wire Arc Additive Manufacturing of Ti6Al4V. Journal of Materials Processing Technology, 250, 304–312. doi:10.1016/j.jmatprotec.2017.07.037
Montevecchi F., Venturini G., Grossi N., Scippa A., Campatelli G. (2018). Idle time selection for wire-arc additive manufacturing: A finite element-based technique. Additive Manufacturing, 21, 479–486. doi:10.1016/j.addma.2018.01.007
International Organization for Standardization (ISO) ISO 21920-2:2021 Geometrical product specifications (GPS) – Surface texture: Profile Part 2: Terms, definitions and surface texture parameters. 2021.
Chen X., Kong F., Fu Y., Zhao X., Li R., Wang G., Zhang H. (2021). A review on wire-arc additive manufacturing: typical defects, detection approaches, and multisensor data fusion-based model. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 117, 3–4, 707–727. doi:10.1007/s00170-021-07807-8
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
