近年来随着我国在航天、航空、船舶、汽车等制造领域的高速发展,大型化、轻量化、复杂化的金属构件正受到广泛应用。与传统制造工艺相比,电弧增材制造技术具有生产效率高,加工成本低以及成型性能良好等特点。本课题针对H13热作模具钢电弧增材制造过程中的成形过程与变形问题展开研究,提出路径优化与同步水冷的变形缓解措施,并使用固有应变理论分析变形产生与缓解的机理,为大型结构件变形缓解的工程应用提供理论依据。采用实验方法研究H13模具钢电弧增材制造过程中不同的扫描路径对构件温度场与变形的影响。制备了顺序路径、对称路径、In-Out路径与Out-In路径四种扫描方式沉积的块体构件,研究结果表明电弧增材制造过程中,不同扫描模式下增材制造构件的温度有显著差别。Out-In扫描模式下基板中心有最高的峰值温度,顺序扫描模式下温度变化最为剧烈。采用Out-In与In-Out扫描路径,基板中心区域熔敷道有缓解变形作用;顺序扫描与对称扫描模式进行沉积时,随着温度梯度的增加,构件积累变形量逐渐增加。采取Out-In模式扫描方案对应的变形量最小,为20.38 mm,相比于顺序扫描下降了68.6%。其原因为其主要原因为:（1）Out-In扫描模式下基板温度场呈对称分布,有利于热量朝多个方向散失进而降低基板的温差△T;（2）Out-In扫描模式横向熔敷道的存在导致基板对中性轴（即x轴）的惯性矩增加,进而增加了结构的弯曲刚度,提高了抗变形能力。以水冷卡具、变功率水泵、恒温水箱为主体搭建了同步水冷系统,通过改变冷却水流量、水温等冷却条件,研究了同步水冷技术对电弧增材制造薄壁件成型精度、成型速率与挠曲变形的影响。研究结果表明,与空冷相比,使用25℃的常温水对WAAM过程进行冷却可以节省83%的制造时间,最大可以缓解83%的挠曲变形。在此基础上,采用电弧增材制造方法制备含有内部流道的金属构件。研究了无支撑水平薄壁的宏观尺寸与沉积工艺参数与焊枪倾角之间的关系,随着热输入的增加壁厚逐渐增加;随着焊枪倾斜角的增加,电弧力在重力方向的分力变大,薄壁自身的自支撑作用不足以平衡竖直方向的合力而发生流淌。WAAM技术可以胜任含有随形流道的零件的制造,但受限于电弧增材制造单条焊道尺寸,使用WAAM技术制造零件在制备过程中需要考虑中间和后续的精加工过程,需要留出足够的加工余量由于后续的铣削等机加工操作。