Upang mabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya at oras ng pagproseso ng proseso ng laser cladding, ang papel na ito ay nagmumungkahi ng isang laser cladding paraan ng pag-optimize ng parameter ng proseso batay sa kahusayan ng enerhiya. Pagkuha ng tiyak na pagkonsumo ng enerhiya bilang sukatan ng laser cladding kahusayan ng enerhiya, ang modelo ng pagkonsumo ng enerhiya ng laser cladding ay itinatag sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga katangian ng pagkonsumo ng enerhiya ng bawat subsystem ng laser cladding. Sa batayan na ito, ang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya sa pagitan ng kabuuang pagkonsumo ng enerhiya ng system at ang bumubuo ng dami ay kinakalkula, at isang multi-layunin na modelo ng pag-optimize ng mga parameter ng proseso ng pag-cladding ng laser na may tiyak na pagkonsumo ng enerhiya at oras ng pagproseso habang ang mga target sa pag-optimize ay binuo at nalutas sa pamamagitan ng NSGA-Ⅱ algorithm. Ang katumpakan ng partikular na modelo ng pagkonsumo ng enerhiya ay napatunayan ng laser cladding test sa annular thin-walled parts, at napatunayan na ang na-optimize na mga parameter ng proseso ay maaaring epektibong mapabuti ang kahusayan ng enerhiya ng laser cladding at mabawasan ang oras ng pagproseso.

Laser cladding ay isang high-precision at high-efficiency na teknolohiya sa pagbabago ng ibabaw ng materyal, na malawakang ginagamit sa mga pangunahing larangan ng pambansang inhinyero gaya ng pambansang depensa, aerospace, petrochemical, at pagmamanupaktura ng sasakyan. Mayroong malapit na kaugnayan sa pagitan ng kahusayan ng enerhiya ng laser cladding at ang pagkonsumo ng enerhiya sa kaukulang proseso ng pagproseso. Dong Mengmeng et al. bumuo ng isang modelo na maaaring mahulaan ang pagkonsumo ng enerhiya ng proseso ng laser cladding sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga katangian ng pagkonsumo ng enerhiya ng bawat subsystem ng laser cladding. Jiang et al. nagtatag ng modelo ng pagkonsumo ng enerhiya para sa proseso ng remanufacturing ng laser cladding at na-optimize ang modelo gamit ang pinahusay na NSGA-Ⅱ algorithm, na nagbibigay ng batayan para sa pagbabawas ng pagkonsumo ng enerhiya at gastos ng proseso ng muling paggawa ng laser cladding. Duan Chengmao et al. nagtatag ng low-carbon optimization model para sa laser welding batay sa processing efficiency at carbon effect bilang target ng optimization, at nagmungkahi ng low-carbon optimization na paraan para sa laser welding process system. Jiang Xingyu et al. nagtatag ng modelo ng carbon emission para sa proseso ng pagmamanupaktura ng laser additive at na-optimize ang mga nauugnay na parameter ng proseso na may carbon emission, rate ng paggamit ng powder at kalidad ng cladding bilang mga target sa pag-optimize. Panda et al. kinakalkula ang pagkonsumo ng enerhiya batay sa sintering area, nagtatag ng isang laser additive manufacturing energy consumption optimization model na komprehensibong isinasaalang-alang ang pagkonsumo ng enerhiya at kahusayan sa produksyon, at itinuro na ang kapal ng cladding layer ay isang mahalagang parameter na nakakaapekto sa pagkonsumo ng enerhiya ng laser additive manufacturing. Streitenberger et al. nagmungkahi ng dalawang yugto na paraan ng pag-optimize batay sa pagsusuri ng kadahilanan at normal na paraan ng intersection ng eroplano. Sa pamamagitan ng pag-optimize ng weld geometry, ang multi-objective optimization stochastic na problema sa pag-minimize ng laser welding energy consumption at materyal na pagkonsumo bilang ang optimization target ay nalutas.

Dapat itong ituro na ang karamihan sa mga umiiral na kaugnay na pag-aaral ay batay sa kabuuang pagkonsumo ng enerhiya ng laser cladding system para sa pag-optimize ng proseso, at may ilang mga ulat sa pag-optimize ng mga parameter ng proseso ng laser cladding mula sa pananaw ng kahusayan ng enerhiya. Dahil dito, ang papel na ito, batay sa pagbuo ng modelo ng kahusayan ng enerhiya ng pagpoproseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi, ay nagtatatag ng isang multi-layunin na modelo ng pag-optimize para sa pagproseso ng laser cladding na may partikular na pagkonsumo ng enerhiya at oras ng pagproseso bilang mga target ng pag-optimize, at ginagamit ang NSGA-Ⅱ algorithm upang malutas at makuha ang pinakamahusay na kumbinasyon ng mga parameter ng proseso, at i-verify ang katumpakan ng itinayong modelo sa tulong ng mga multi-layer at multi-pass na laser cladding na mga pagsubok sa mga bahaging may manipis na dingding na manipis.

1 Energy efficiency modeling ng laser cladding processing

1.1 Enerhiya kahusayan index function ng laser cladding processing
Ang kahusayan ng enerhiya ng pagpoproseso ng laser cladding ay tumutukoy sa antas kung saan epektibong ginagamit ang enerhiya at mga mapagkukunan sa panahon ng pagproseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi. Ang mga tagapagpahiwatig ng pagsusuri nito ay kinabibilangan ng tiyak na pagkonsumo ng enerhiya, rate ng paggamit ng enerhiya, kahusayan ng cladding, bilis ng produksyon, rate ng paggamit ng materyal, kalidad ng proseso at rate ng depekto, atbp. Ang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya ng laser cladding ay tumutukoy sa pagkonsumo ng enerhiya na nabuo ng dami ng yunit ng pagbuo sa panahon ng ang proseso ng cladding. Ang mas maliit ang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya, mas mataas ang kahusayan ng enerhiya ng laser cladding. Ipinakita ng mga kasalukuyang pag-aaral na ang partikular na pagkonsumo ng enerhiya ay maaaring tumpak at intuitive na makilala ang kahusayan sa pagpoproseso ng enerhiya. Samakatuwid, ang papel na ito ay gumagamit ng tiyak na pagkonsumo ng enerhiya bilang isang tagapagpahiwatig upang makilala ang kahusayan ng enerhiya ng pagproseso ng laser cladding. Ang formula ng pagkalkula nito ay: tingnan ang formula (1) sa figure. Sa formula, ang elc ay ang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya ng laser cladding, ang EA ay ang kabuuang pagkonsumo ng enerhiya ng proseso ng laser cladding, at ang Vlc ay ang laser cladding forming volume.

1.2 Pagsusuri ng mga katangian ng pagkonsumo ng enerhiya ng laser cladding
Ang proseso ng pagpapatakbo ng laser cladding equipment ay maaaring nahahati sa pagsisimula ng kagamitan, standby, pagpapatakbo ng kagamitan sa pagpapalamig ng tubig, pagpoproseso ng cladding, paglamig ng kagamitan, standby at mga yugto ng pagsara. Ang mga subsystem ng kagamitan sa bawat yugto ay gumagana sa koordinasyon at ang mga pagbabago sa kapangyarihan ay medyo matatag. Isinasaalang-alang ang multi-layer at multi-pass laser cladding na proseso bilang isang halimbawa, ang real-time na power curve ng laser cladding equipment na nakuha ng power monitoring device ay ipinapakita sa Figure 1. Kabilang sa mga ito, ang inter-layer stop light ay tumutukoy sa ang yugto ng paghihintay na lumamig ang cladding layer.

Ayon sa komposisyon ng pagkonsumo ng enerhiya ng kagamitan sa pag-cladding ng laser at ang pagpapatakbo ng mga subsystem ng kagamitan sa iba't ibang yugto, ang kabuuang pagkonsumo ng enerhiya EA ng proseso ng pag-cladding ng laser ay pangunahing binubuo ng limang uri ng pagkonsumo ng enerhiya, ibig sabihin, ang pagkonsumo ng enerhiya ng sistema ng laser El , ang water cooling system energy consumption Eh, ang laser cladding special machine tool energy consumption Em, ang powder feeder at protective gas system energy consumption Epg at ang auxiliary system energy consumption Ea, iyon ay: Tingnan ang formula (2) sa figure.

1) Pagkonsumo ng enerhiya ng sistema ng laser
Ang kapangyarihan ng sistema ng laser ay patuloy na nagbabago sa panahon ng proseso ng laser cladding. Batay dito, ang pagkonsumo ng enerhiya ng sistema ng laser El ay nahahati sa proseso ng cladding na pagkonsumo ng enerhiya Etc, interlayer stop light energy consumption Ed at standby energy consumption Els, iyon ay: tingnan ang formula (3) sa figure.
Sa formula, ang Pin ay ang laser input power, ang tlc ay ang oras ng pagtunaw ng metal powder, iyon ay, ang cladding time, ang Pls ay ang laser standby power, ang td ay ang interlayer stop light time, at ang tls ay ang laser standby time, iyon ay, ang oras ng paghahanda ng cladding. Kabilang sa mga ito, ang oras ng cladding tlc ay tinutukoy ng ratio ng kabuuang haba ng laser cladding na Slc at ang bilis ng pag-scan ng laser kumpara sa mga landas ng pag-cladding ng mga mekanikal na bahagi ng iba't ibang mga hugis, at ang kaukulang mga pamamaraan ng pagkalkula ng kabuuang haba ng cladding ay magkakaroon din. maging iba. Ang pagkuha ng mga karaniwang flat na bahagi at mga umiikot na bahagi bilang mga halimbawa, ang mga formula ng pagkalkula para sa oras ng pagproseso ng laser cladding ng dalawa ay: tingnan ang formula (4) sa figure.
Sa formula ng pagkalkula ng oras ng pagproseso ng laser cladding para sa mga flat parts, ang m ay ang bilang ng mga cladding layer ng flat parts, n ang bilang ng cladding layer ng flat parts, at L ang haba ng flat parts na ilalagay. Sa formula ng pagkalkula ng oras ng pagproseso ng laser cladding para sa mga umiikot na bahagi, ang mi ay ang bilang ng mga layer ng laser cladding ng i-th layer (i=1,2,3,…,n) ng umiikot na bahagi, ang D ay ang diameter ng ang umiikot na bahagi, at ang Hlc ay ang taas ng isang solong layer ng cladding layer ng umiikot na bahagi. Ang pagbabago ng diameter ng umiikot na bahagi sa panahon ng proseso ng pagproseso ay dapat isaalang-alang kapag kinakalkula ang oras ng pagproseso ng laser cladding para sa mga umiikot na bahagi. Bilang karagdagan, ang bilang ng mga cladding layer n ng mga mekanikal na bahagi ay nauugnay sa taas ng ibabaw Hw ng bahaging ipoproseso, ang taas ng cladding layer Hlc at ang Z-axis lifting na halaga ΔZ, at ang bilang ng mga cladding layer ng mga mekanikal na bahagi ay nauugnay sa kabuuang lapad ng cladding W at ang lapad ng isang solong cladding layer na Wlc. Dahil ang spot diameter lsd ng laser na ginamit sa pag-aaral na ito ay isang nakapirming halaga, ang lapad ng isang solong cladding layer ng isang mekanikal na bahagi Wlc=lsd. Ang mga formula ng pagkalkula para sa bilang ng mga cladding layer n at ang bilang ng mga cladding path m ng isang mekanikal na bahagi ay ang mga sumusunod: Tingnan ang mga formula (5) at (6) sa figure.
Sa formula (6), ang μ ay ang overlap rate. Dahil ang bilang ng mga cladding layer at ang bilang ng mga path ng isang mekanikal na bahagi sa aktwal na pagproseso ay parehong integer, ang bilang ng mga cladding layer n at ang bilang ng mga path ng isang mekanikal na bahagi na kinakalkula batay sa mga formula (5) hanggang (6) ay dapat bilugan.

2) Pagkonsumo ng enerhiya ng sistema ng paglamig ng tubig
Kapag ang mga high-power na kagamitan tulad ng mga laser ay sumasailalim sa conversion ng enerhiya (tulad ng elektrikal na enerhiya sa liwanag na enerhiya), ang bahagi ng enerhiya sa system ay direktang mako-convert sa enerhiya ng init dahil sa mga kadahilanan tulad ng pagkawala ng init, na seryosong makakaapekto sa kalidad ng pagpoproseso ng laser cladding at kahit na makapinsala sa kagamitan. Samakatuwid, ang isang sistema ng paglamig ay kinakailangan upang palamig ang mga kagamitan tulad ng mga laser. Sa pag-aaral na ito, ang pagkonsumo ng enerhiya ng sistema ng paglamig ng tubig Eh ay nahahati sa dalawang bahagi ayon sa estado ng pagtatrabaho ng sistema ng paglamig ng tubig: ang pagkonsumo ng enerhiya sa pagtatrabaho Ehc ng sistema ng paglamig ng tubig at ang standby na pagkonsumo ng enerhiya Ehs, iyon ay: tingnan ang formula (7) sa figure.
Sa formula, ang Phc ay ang working power ng water cooling system, ang Phs ay ang standby power ng water cooling system, thc at ths ay ang working time at standby time ng water cooling system, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga formula ng pagkalkula ng dalawa ay: tingnan ang formula (8) at (9) sa figure.
Sa formula (8), ang Plc ay ang laser power, ang ρ ay ang cooling water density, ang cp ay ang specific heat capacity ng cooling water, ang vh ay ang cooling water flow rate, at ang ΔT ay ang cooling water temperature difference.

3) Pagkonsumo ng enerhiya ng laser cladding machine tool
Ang tool ng makina ng kagamitan ng laser cladding na ginamit sa pag-aaral na ito ay pangunahing binubuo ng isang umiikot na mekanismo at isang mekanismo ng pagsasalin. Ang umiikot na mekanismo ay hinihimok ng isang servo motor upang kontrolin ang pag-ikot ng workpiece upang makumpleto ang laser cladding, at ang mekanismo ng pagsasalin ay hinihimok ng isang stepper motor upang ilipat ang workpiece sa panimulang posisyon ng cladding. Ang pagkonsumo ng enerhiya Em ng espesyal na tool sa makina ay kinakalkula bilang mga sumusunod: Tingnan ang formula (10) sa figure.
Sa formula, ang Pmr ay ang gumaganang kapangyarihan ng umiikot na mekanismo, ang Pmt ay ang gumaganang kapangyarihan ng mekanismo ng pagsasalin, at ang tmt ay ang oras ng pagtatrabaho ng mekanismo ng pagsasalin, iyon ay, ang oras para bumalik ang workpiece sa panimulang posisyon ng ang cladding pagkatapos makumpleto ang bawat layer ng cladding. Mayroong: (11). Sa formula, ang vmt ay ang bilis ng paggalaw ng mekanismo ng pagsasalin.

4) Pagkonsumo ng enerhiya ng powder feeder at protective gas system
Ang powder feeder at protective gas system ay nagbibigay ng metal powder at protective gas na kinakailangan upang maiwasan ang powder oxidation sa panahon ng proseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi. Ang powder feeder ng laser cladding equipment na ginamit sa pag-aaral na ito ay isang gravity powder feeder, at ang working power nito ay isang fixed value. Ang shielding gas system ay may pananagutan sa paghihip ng pulbos sa molten pool at pagpigil sa powder sa molten pool mula sa mataas na temperatura na oksihenasyon. Samakatuwid, ang shielding gas system at ang powder feeder ay gumagana nang sabay-sabay, at ang kanilang oras ng pagtatrabaho ay katumbas ng laser cladding time tlc. Ang pagkonsumo ng enerhiya na Epg ng powder feeder at ang protector system ay kinakalkula bilang mga sumusunod: (12).
Kung saan ang Ppg ay ang gumaganang kapangyarihan ng powder feeder at ang shielding gas system.
5) Pagkonsumo ng enerhiya ng auxiliary system
Kasama sa laser cladding auxiliary system ang pag-iilaw, pinagsamang kontrol, at air conditioning para sa pag-alis ng init ng laser control cabinet. Nakapirming halaga ang power Pa nito, at ang oras ng pagtatrabaho nito ay kapareho ng oras na natupok ng buong proseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi (tlc +tls +td). Ang pagkonsumo ng enerhiya ng auxiliary system na Ea ay kinakalkula bilang mga sumusunod: (13).
Sa buod, sa panahon ng proseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi, kahit na ang operating status ng bawat subsystem ng cladding equipment ay malaki ang pagbabago, ang system power ay nagbabago sa iba't ibang yugto ay medyo stable, ang power jump time ay maikli, at ang energy consumption ay mas mababa. . Samakatuwid, isinasaalang-alang lamang ng pag-aaral na ito ang pagkonsumo ng enerhiya ng bawat subsystem sa mga yugto ng pagtatrabaho at standby kapag nagtatatag ng modelo ng pagkonsumo ng enerhiya ng laser cladding, at ang kaukulang kabuuang pagkonsumo ng enerhiya na EA ng proseso ng laser cladding ay maaaring ipahayag bilang: (14).
Ang partikular na pagkonsumo ng enerhiya elc ay ginagamit upang makilala ang kahusayan ng enerhiya ng proseso ng laser cladding, at ang formula ng pagkalkula nito ay: (15).

2 Pag-optimize ng parameter ng laser cladding batay sa kahusayan ng enerhiya

2.1 Paglalarawan ng problema
Ang problema sa multi-objective optimization ng laser cladding processing ng mga mekanikal na bahagi batay sa energy efficiency ay maaaring ilarawan bilang: multi-layer at multi-pass laser cladding processing ng mga mekanikal na bahagi ay nangangailangan ng pinakamababang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya at ang pinakamaikling oras ng pagproseso sa ilalim ng premise ng nakakatugon sa mga kinakailangan sa laki ng pagproseso. Gumagamit ang pag-aaral na ito ng tatlong mga parameter ng proseso na may mas malaking epekto sa partikular na pagkonsumo ng enerhiya at oras ng pagproseso ng pagpoproseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi, tulad ng laser power Plc, bilis ng pag-scan kumpara sa halaga ng pagpapakain ng pulbos na Sp, bilang mga variable ng pag-optimize, at multi-layunin. Isinasagawa ang pag-optimize na may layuning bawasan ang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya at pinakamaikling oras ng pagproseso. Ang itinayong modelo ng pag-optimize ay ipinapakita sa Figure 2.

2.2 Layunin na pag-andar at mga hadlang
1) Layunin na pag-andar Ang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya elc at oras ng pagproseso tA ng laser cladding processing ng mga mekanikal na bahagi ay kinuha bilang mga target sa pag-optimize, at ang huli ay maaaring ipahayag bilang: (16).
2) Mga hadlang
Ang maayos na pagpapatupad ng proseso ng pagpoproseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi ay nangangailangan ng kasiyahan ng maraming mga hadlang tulad ng kapangyarihan ng laser input, bilis ng pag-scan ng laser, halaga ng pagpapakain ng pulbos at allowance sa pagproseso.
① Laser power constraint Ang pagbabago ng laser power ay makakaapekto sa surface heat flux density ng mga mekanikal na bahagi. Kapag ang kapangyarihan ng laser ay masyadong maliit, ang cladding powder ay hindi maaaring ganap na matunaw, at ang labis na kapangyarihan ay magdudulot ng mataas na temperatura na pagpapapangit ng mga mekanikal na bahagi. Samakatuwid, ayon sa mga parameter ng kagamitan na ginamit at ang aktwal na mga kinakailangan sa pagproseso, ang napiling laser power Plc ay hindi maaaring mas mababa kaysa sa minimum na laser power Plc-min, o mas mataas kaysa sa maximum na laser power Plc-max, iyon ay: (17).
② Limitasyon sa bilis ng pag-scan ng laser Ang bilis ng pag-scan ng laser ay direktang nakakaapekto sa kalidad ng pagbuo ng cladding layer ng mga mekanikal na bahagi. Ang masyadong mabagal na bilis ng pag-scan ng laser ay magiging sanhi ng dilution rate ng cladding layer ng mga mekanikal na bahagi upang maging masyadong mataas, at sa gayon ay binabawasan ang tigas ng cladding layer. Gayunpaman, kung ang bilis ng pag-scan ng laser ay masyadong mabilis, ang cladding layer ng mga mekanikal na bahagi ay hindi makakabuo ng isang metalurhiko na bono sa substrate, na magkakaroon ng masamang epekto sa lakas ng pagbubuklod ng mga bahagi. Samakatuwid, hindi maaaring mas mababa ang piniling bilis ng pag-scan ng laser kumpara sa pinakamababang bilis ng pag-scan ng laser vs-min, at hindi rin ito maaaring lumampas sa maximum na bilis ng pag-scan ng laser vs-max, iyon ay: (18).
③ Pinipigilan ang halaga ng pagpapakain ng pulbos Sa aktwal na proseso ng pagproseso, ang laki ng halaga ng pagpapakain ng pulbos ay direktang nakakaapekto sa kalidad at pagganap ng pagproseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi. Ang masyadong maliit na halaga ng pagpapakain ng pulbos ay madaling humantong sa mga pores at inklusyon sa cladding layer ng mga mekanikal na bahagi, habang masyadong malaki ang halaga ng powder feeding ay magiging mahirap para sa pulbos na ganap na matunaw, at sa gayon ay binabawasan ang kalidad ng laser cladding processing ng mekanikal. mga bahagi. Samakatuwid, ang halaga ng pagpapakain ng pulbos Sp sa pagpoproseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi ay hindi maaaring mas mababa kaysa sa pinakamababang halaga ng limitasyon sa Sp-min, at hindi rin maaaring mas mataas kaysa sa maximum na halaga ng limitasyon na Sp-max, iyon ay: (19).
④ Pinipigilan ng allowance sa pagproseso Ang ibabaw ng mga mekanikal na bahagi pagkatapos ng pagpoproseso ng laser cladding ay kulot at magaspang, at hindi maaaring gamitin nang direkta. Samakatuwid, sa panahon ng proseso ng laser cladding, ang isang tiyak na allowance sa pagproseso h ay dapat na nakalaan para sa mga mekanikal na bahagi upang mapadali ang kasunod na pagproseso. Ang machining allowance ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi ay dapat matugunan ang aktwal na mga kinakailangan sa pagproseso. Upang maiwasan ang machining allowance ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi mula sa pagiging masyadong maliit at hindi maproseso pagkatapos, ang machining allowance ng cladding ay hindi dapat mas mababa kaysa sa pinakamababang laki ng machining hmin ng mga bahagi. Kasabay nito, upang makatipid ng mga gastos at mabawasan ang kasunod na mga hakbang sa pagproseso, ang allowance ng machining ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi ay hindi dapat lumampas sa maximum na laki ng machining hmax, iyon ay: (20).
Ang multi-layunin na modelo ng pag-optimize ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi sa ilalim ng apat na limitasyon sa itaas ay itinayo bilang mga sumusunod: (21).

2.3 Solusyon sa modelo ng pag-optimize

Ang multi-objective optimization model ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi na itinayo sa pag-aaral na ito ay na-optimize sa tulong ng NSGA-Ⅱ algorithm. Ang proseso ng solusyon (tingnan ang Larawan 3) ay ang mga sumusunod: ① Magsimula sa populasyon. Random na bumuo ng isang pangkat ng mga indibidwal na naaayon sa isang pangkat ng mga kumbinasyon ng parameter ng proseso ng kapangyarihan ng laser, bilis ng pag-scan at halaga ng pagpapakain ng pulbos. ② Suriin ang fitness. Batay sa partikular na modelo ng pagkonsumo ng enerhiya at mga kaugnay na eksperimento, kalkulahin ang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya at oras ng pagproseso na naaayon sa random na nabuong mga indibidwal, at italaga ang mga kinakalkula na halaga ng dalawa sa dalawang layunin na pag-andar ng mga indibidwal ayon sa pagkakabanggit. ③ Hindi pinangungunahan ang pag-uuri. Ang lahat ng mga indibidwal ay hindi pinangungunahan at pinagsunod-sunod sa maraming iba't ibang mga larangan. Ang harap 1 ay naglalaman ng pinakamainam na solusyon, ang harap 2 ay naglalaman ng suboptimal na solusyon, at iba pa. ④ Pagkalkula ng crowding. Kalkulahin ang crowding distance ng mga indibidwal sa bawat harap. ⑤ Piliin ang susunod na henerasyon. Gamitin ang operator ng pagpili upang matukoy ang mga indibidwal ng susunod na henerasyon. ⑥ Crossover mutation. Magsagawa ng crossover mutation sa mga indibidwal ng susunod na henerasyon upang makabuo ng mga bagong indibidwal. Sa hakbang na ito, ang mga halaga ng parameter ng proseso ay binago nang probabilistically at ang mga solusyon ng kandidato ay nabuo. ⑦ I-update ang populasyon. Ang bagong nabuong populasyon ay pinagsama sa orihinal na populasyon upang bumuo ng isang bagong populasyon. ⑧ Pag-ulit. Ulitin ang mga hakbang ②~⑦ hanggang sa maabot ang maximum na bilang ng mga pag-ulit.

3 Pagsusuri ng kaso

3.1 Mga kondisyong pang-eksperimento
Ang BS-ODE6000 semiconductor laser surface treatment equipment (tingnan ang Figure (4)) ay ginagamit upang magsagawa ng laser cladding processing sa annular thin-walled parts, at ang real-time na kapangyarihan ng laser cladding equipment ay kinokolekta sa tulong ng power monitoring equipment . Ang materyal ng sample ay ZG32MnMo cast steel, na may panlabas na diameter na 165 mm, taas na 3 mm at lapad na 20 mm na ipoproseso. Ang cladding powder na ginamit ay isang iron-based na haluang metal, at ang cooling water ay deionized water o purong tubig. Ayon sa aktwal na estado ng pagproseso at pagganap ng kagamitan, ang mga nakapirming parameter ng kagamitan sa pagpoproseso ng laser cladding para sa mga mekanikal na bahagi ay tinutukoy tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 1.

3.2 Mga kaugnay na pagsubok sa pagkuha ng parameter

3.2.1 Layer system power
Ang laser cladding equipment laser na ginamit sa pagsubok ay isang semiconductor laser. Sa tulong ng power monitoring equipment, sinusukat ang iba't ibang kapangyarihan ng pag-input ng laser at ang katumbas nitong kapangyarihan ng laser. Ang mga resulta ay ipinapakita sa Talahanayan 2.
Ang data sa Talahanayan 2 ay nilagyan, at ang functional na relasyon sa pagitan ng laser input power at ng laser power ay maaaring makuha: (22).

3.2.2 Espesyal na makina tool kapangyarihan
Ang espesyal na machine tool para sa laser cladding equipment ay may kasamang rotating mechanism at three-dimensional na mekanismo ng pagsasalin. Ang umiikot na mekanismo ay hinihimok ng isang servo motor, at ang kapangyarihan nito ay tinutukoy ng metalikang kuwintas at ang bilis ng spindle. Ang bilis ng machine tool spindle sa eksperimentong ito ay ang bilis ng pag-scan ng laser, na may maliit na hanay ng pagkakaiba-iba, kaya hindi gaanong nagbabago ang servo motor working power. Ang servo motor working power ay sinusukat ng maraming beses gamit ang power detection equipment at ang average na halaga ay kinakalkula, at ang rotation mechanism working power Pr ay 157 W. Ang three-dimensional na mekanismo ng pagsasalin ay hinihimok ng isang stepper motor, at ang working power nito ay higit sa lahat tinutukoy ng bilis ng paggalaw ng spindle. Sa eksperimentong ito, ang horizontal movement speed vtm ng espesyal na machine tool ay 10 mm/s, at ang three-dimensional translation mechanism na working power na Pt ay sinusukat ng power monitoring equipment na 80 W.

3.2.3 Cladding layer taas at interlayer stop beam
Sa ilalim ng iba't ibang kapangyarihan ng laser, bilis ng pag-scan at kundisyon ng pagpapakain ng pulbos, ang sample ay sumailalim sa isang solong-layer na single-pass na pagsubok sa pagproseso ng laser cladding. Pagkatapos, ang sample ay pinutol kasama ang normal na direksyon ng cladding layer upang masukat ang cladding layer taas Hlc. Ang Figure 5 ay nagpapakita ng cross-sectional na larawan ng sample cut. Ang mga resulta ng pagsukat ng taas ng sample na cladding layer sa ilalim ng iba't ibang kondisyon ng parameter ay ipinapakita sa Talahanayan 3.
Ang pamamaraan ng hindi bababa sa mga parisukat ay ginamit upang magkasya ang mga parameter ng proseso ng pag-cladding ng laser sa Talahanayan 3 na may data ng taas ng layer ng single-layer na cladding ng kaukulang sample, at ang formula ng pagkalkula para sa taas ng layer ng sample ng cladding ay nakuha tulad ng sumusunod: (23).
Ang mga paunang resulta ng pananaliksik ng pangkat ng pananaliksik na ito ay nagpapakita na habang ang bilang ng mga sample cladding layer n ay tumataas, isang tiyak na tagal ng oras ang kailangang hintayin pagkatapos makumpleto ang bawat layer ng cladding upang matiyak na ang cladding area ay lumalamig, at sa gayon ay maiiwasan ang pagbaba sa tigas ng cladding layer. Kabilang sa mga ito, ang oras ng paghihintay kapag pansamantalang huminto ang laser beam ay ang interlayer stop beam time. Kasama ang mga materyales na ginamit sa eksperimentong ito at ang aktwal na mga kinakailangan sa pagproseso, ang pinakamainam na interlayer stop beam time ay tinutukoy na: (24).

3.3 Pag-verify ng modelo ng kahusayan sa enerhiya
Ang mga halaga ng pagsubok sa kahusayan sa pagpoproseso ng enerhiya na nakuha ng multi-layer at multi-pass laser cladding na mga pagsubok sa mga annular thin-walled sample at ang kaukulang mga teoretikal na halaga na nakuha sa pamamagitan ng paggamit ng laser cladding processing energy efficiency model na itinatag sa papel na ito ay ipinapakita sa Talahanayan 4. Tulad ng makikita mula sa Talahanayan 4, ang mga teoretikal na halaga ng laser cladding processing energy efficiency ng maraming grupo ng mga sample ay karaniwang pare-pareho sa kaukulang mga pang-eksperimentong halaga, at ang average na error ay maliit, mga 3%. Ang resultang ito ay nagpapatunay sa katumpakan ng modelo ng kahusayan ng enerhiya na itinatag sa papel na ito.

3.4 Pinakamainam na solusyon sa parameter at pag-verify
Ang NSGA-Ⅱ algorithm ay ginagamit upang malutas ang multi-objective optimization model ng laser cladding processing ng mga mekanikal na bahagi. Ang Pareto frontier coefficient ay nakatakda sa 0.3, ang laki ng populasyon ay 100, at ang bilang ng mga pag-ulit ay 200. Ang Pareto frontier solution set na naglalaman ng 27 puntos ay ipinapakita sa Figure 6.
Ang pinakamainam na kumbinasyon ng mga parameter ng proseso sa ilalim ng iba't ibang layunin sa pag-optimize at ang kaukulang mga resulta ng pag-optimize ay nakalista sa Talahanayan 5. Ang pagsusuri sa data na nakalista sa Talahanayan 5 ay nagpapakita na kapag ang pinakamababang partikular na pagkonsumo ng enerhiya ang pangunahing layunin sa pag-optimize, ang mas maliit na laser power at mas mabagal na bilis ng pag-scan bawasan ang pagkonsumo ng enerhiya sa pagpoproseso, at ang mas malaking halaga ng pagpapakain ng pulbos ay humahantong sa pagtaas sa dami ng pagbubuo ng laser cladding, na binabawasan ang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya ng laser cladding, ngunit ang mabagal na bilis ng pag-scan ay nagiging sanhi din ng pagpapahaba ng oras ng pagproseso ng laser cladding. Kapag ang pinakamaikling oras ng pagproseso ay ang pangunahing layunin ng pag-optimize, ang mas malaking kapangyarihan ng laser at mas mabilis na bilis ng pag-scan ay nagpapataas ng pagkonsumo ng enerhiya sa pagproseso at nagpapaikli sa oras ng pagproseso, ngunit ang maliit na pagbabago sa dami ng pagbubuo ng laser cladding ay nagiging sanhi ng pagtaas ng pagkonsumo ng partikular na enerhiya ng laser cladding. medyo. Kapag ang partikular na pagkonsumo ng enerhiya ay mababa at ang oras ng pagproseso ay maikli, ang partikular na pagkonsumo ng enerhiya ay tataas ng 7.8% kapag ang pinakamababang partikular na pagkonsumo ng enerhiya lamang ang isinasaalang-alang, at nababawasan ng 11% kapag ang pinakamaikling oras lamang ang isinasaalang-alang. Ang oras ng pagproseso ay nababawasan ng 25% at tumaas ng 12% ayon sa pagkakabanggit. Samakatuwid, ang mga parameter ng proseso na may pinakamababang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya at ang pinakamaikling oras bilang mga layunin ay maaaring balansehin ang dalawang layunin, habang tinitiyak ang kahusayan sa pagpoproseso habang pinapalaki ang kahusayan ng enerhiya ng pagpoproseso ng laser cladding.

Upang ma-verify ang katumpakan ng mga resulta ng pag-optimize, ang pinakamainam na kumbinasyon ng parameter ng proseso na ipinapakita sa Talahanayan 5 at ang mga empirical na halaga ng pagproseso ng laser cladding ay pinili bilang mga parameter ng pagsubok, at ang pagsubok sa paghahambing ng laser cladding ay isinasagawa sa mga sample na may pagpoproseso ng lapad na 20 mm at taas na 3 mm bilang target. Ang mga resulta ng paghahambing ay ipinapakita sa Talahanayan 6. Makikita mula sa Talahanayan 6 na ang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya at oras ng pagproseso ng laser cladding gamit ang mga na-optimize na parameter ay nababawasan ng 5.1% at 9.5% ayon sa pagkakabanggit kumpara sa kaukulang mga halaga sa empirical mga halaga bilang mga parameter. Batay sa pagsusuri sa itaas, ang multi-Objective optimization model para sa laser cladding processing ng mga mekanikal na bahagi na itinatag sa papel na ito ay may mataas na katumpakan at pagiging epektibo. Kasabay nito, upang matiyak na ang kalidad ng layer ng cladding ay hindi maaapektuhan kapag ang mga na-optimize na parameter ay ginamit para sa pagproseso ng laser cladding, ang kalidad ng sample na layer ng cladding sa ilalim ng dalawang pangkat ng mga parameter ng pagsubok ay nasubok at inihambing. Ang katigasan ay kinuha bilang isa sa mga pangunahing tagapagpahiwatig ng kalidad ng layer ng cladding ng reaksyon, at ang laki nito ay direktang sumasalamin sa lakas ng wear resistance ng sample surface. Isinasagawa ang hardness test ng sample cladding layer, at ang pagbabago ng hardness na tumutugma sa iba't ibang lalim ng sample cladding layer (ibig sabihin, ang distansya mula sa hardness test point hanggang sa tuktok ng cladding layer) ay nakuha tulad ng ipinapakita sa Figure 7 Tulad ng ipinapakita sa Figure 7, ang halaga ng katigasan ng cladding layer ng sample gamit ang optimized process parameter combination ay bahagyang nagbabago sa loob ng 2.4%, na nagpapakita na ang paggamit ng optimization model na binuo sa papel na ito ay hindi makakabawas sa kalidad ng cladding. layer habang pinapabuti ang kahusayan ng enerhiya at kahusayan sa pagproseso ng pagpoproseso ng laser cladding.

4 konklusyon

1) Gumamit ng partikular na pagkonsumo ng enerhiya upang makilala ang kahusayan ng enerhiya ng laser cladding pagproseso ng mga mekanikal na bahagi. Batay sa mga katangian ng pagkonsumo ng enerhiya ng pagpoproseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi, ang isang modelo ng kahusayan ng enerhiya sa pagpoproseso ng cladding ay itinayo. Ang mga nauugnay na parameter ay nakuha at ang modelo ng kahusayan ng enerhiya ay na-verify sa pamamagitan ng paggamit ng sample laser cladding tests. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang average na error ay 3%, na nagpapatunay na ang itinayong modelo ng kahusayan ng enerhiya ay tumpak at maaasahan.

2) Batay sa modelo ng kahusayan ng enerhiya, ang isang multi-layunin na modelo ng pag-optimize para sa pagpoproseso ng laser cladding ng mga mekanikal na bahagi ay itinayo at ang mga resulta ng solusyon ay inihambing at sinusuri, at ang pinakamainam na kumbinasyon ng mga parameter ng proseso na maaaring sabay na matugunan ang pinakamataas na kahusayan ng enerhiya at ang pinakamaikling nakuha ang oras ng pagproseso: Plc=3062W, vs=11.2mm/s, Sp=49.8g/min.

3) Kung ikukumpara sa mga empirical na parameter ng pagpoproseso ng laser cladding, ang paggamit ng na-optimize na kumbinasyon ng parameter ng proseso ay maaaring mabawasan ang tiyak na pagkonsumo ng enerhiya ng sample laser cladding na proseso ng 5.1% at ang oras ng pagproseso ng 9.5%, habang tinitiyak ang kalidad ng cladding layer.