基于焊接堆積的多金屬直接快速成型裝置制造方法及圖紙

基于焊接堆積的多金屬直接快速成形方法及裝置，該方法采用弧焊熱源熔化金屬絲材進行材料堆積，采用高速銑頭加工層片平面及輪廓，保證制件精度，通過數控程序控制三維工作臺的運動，實現所需要的零件幾何特征。成形過程中為了提高成形質量，采取了送絲方向自適應調整和包埋介質改善溫場的工藝措施。用該方法成形金屬零件具有成本低、組織致密、效率高的特點，并且可實現功能梯度結構金屬零件的快速成形。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于制造
，特別涉及一種基于焊接堆積的多金屬直接快速成型方法及裝置。
技術介紹
快速成形(RP)是一種全新的制造技術，它采用材料累加成型原理，無需刀具、工裝以及復雜的工藝準備，可快速的由三維CAD物理模型制作出具有一定功能的三維實體，真正實現了CAD/CAPP/CAM的集成，其突出的優點是不受零件復雜程度的限制，零件越復雜，其技術優勢越明顯。目前常用的快速成形方法有光固化法(Stereolithography)、分層實體制造法(LOM)、熔融沉積法(FDM)、三維打印法(3D-Print)和選區激光燒結法(SLS)。前三種方法一般采用光敏樹脂、紙和蠟作為成形材料，不能直接制作金屬零件；而選區激光燒結法(SLS法)雖然能夠制作金屬零件，但是由于通過粘結劑或低熔點金屬粉末將高熔點金屬粉末粘結成形，再經過賠燒的工藝方法，所獲得的零件組織致密性和機械性能都不理想；而采用大功率激光器直接燒結金屬粉末材料成形的方法，雖然能夠獲得機械性能良好的零件，但是，昂貴的設備費用及運行費用使其難以在生產實際中推廣應用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種結構簡單、成本低、且能夠直接制作高性能組織致密的多種材料金屬結構零件的基于焊接堆積的多金屬直接快速成型方法及裝置。為了達到上述目的，本專利技術利用熔焊電源熔化金屬基體和填充金屬絲材，通過送絲機構將金屬絲材送入焊炬與基體之間產生的弧光區域內，使絲材熔化，三維工作臺在數控系統控制下運動，使填充材料的熔滴逐點成線，逐線成面，一層形成后，由銑頭進行本層層面及輪廓的加工，一層完成后，進行下一層的焊接堆積；送絲機構輸送的金屬絲材的直徑小于0.8mm；銑頭采用2萬轉/分鐘以上的高速銑頭進行層面及輪廓的加工。本專利技術的裝置包括機架以及設置在機架的上、下端的數控回轉機構和三維工作臺，其特點是，在三維工作臺與數控回轉機構之間的數控回轉機構上分別設置有用于輸送金屬絲材的送絲機構和與熔焊電源相連接的焊槍，在機架上還設置有銑頭。本裝置的另一特點是熔焊電源為弧焊電源；在三維工作臺與焊槍之間還設置有包埋焊區的介質材料；介質材料為液體介質和固體介質；液體介質為普通水、去離子水、乳化液；固體介質材料為耐高溫的金屬粉末以及陶瓷粉末。由于本專利技術將金屬絲材送如焊炬與基體之間產生的弧光區域內，使絲材熔化，成型件在三維工作臺的控制下運動，使填充材料的熔滴逐點成線，逐線成面，逐面成體。一層形成后，由銑頭進行本層層面及輪廓的加工，以保證單層層片的精度。四附圖說明圖1是本專利技術裝置的整體結構示意圖。五具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細說明。參見圖1，本專利技術包括機架9。三維工作臺通過一塊立板固定在機架9的下端，立板可以調整垂直度，整個三維工作臺5配以平衡重，以減輕工作臺5升降運動時受重力的影響和對立板的彎曲作用。三維工作臺5在數控系統控制下可進行X-Y軸的聯動和Z軸的升降運動。X-Y軸的聯動主要完成堆積過程中的單條線和層片的形成以及層片加工時相對高速銑頭8的進給運動。Z軸運動主要完成層層的堆積和加工時Z向的進給運動。數控回轉機構2安裝在機架9的上端，并能作旋轉運動。送絲機構6以及焊槍7均安裝在數控回轉機構2上，在焊接堆積時，當堆積路徑為曲線時，數控回轉機構2帶動送絲機構6及焊槍7進行旋轉，調整送絲的角度以保證送絲方向在堆積路徑的切線方向。高速銑頭8安裝在機架9上，當一層焊接堆積完成后，三維工作臺5的XY運動帶動工件接近高速銑頭8進行層片和輪廓的加工，加工完畢后，三維工作臺5帶動工件4回復到焊接堆積位置，等待下一層的堆積。熔焊電源1放置在機架一側，離子氣、保護氣通過氣管與焊槍7相連接，通過電纜將電源電流傳輸給焊槍7。本專利技術利用熔焊電源1熔化金屬基體4和填充金屬絲材，通過送絲機構6將不同材料的金屬絲材送入焊槍7與基體之間產生的弧光區域內，使絲材熔化，三維工作臺5在數控系統控制下，按照所要成形零件的幾何特征運動，使填充的金屬材料的熔滴逐點成線，逐線成面，一層形成后，由銑頭8進行本層層面及輪廓的加工，以保證單層層面的精度。一層完成后，進行下一層的焊接堆積。為了保證焊接堆積過程中熔滴過渡的連續及穩定，將送絲機構6安裝在數控回轉機構2上，根據填充軌跡的方向調整送絲的角度，使送絲方向與填充軌跡的切向重合，以保證熔池的連續及穩定，保證單條線的寬度以及制件的堆積精度。在焊接堆積過程中，電弧的穩定對焊接質量具有直接的影響，在焊接過程中，采用介質材料3將已堆積部分包埋起來，一方面可以保證在焊區附近的電弧穩定，另一方面通過介質改變焊區的熱場分布，從而減小焊接變形和焊后殘余應力的產生。本專利技術可用在機械、汽車、航天航空、儀器儀表等領域用來制造金屬模具和具有功能梯度結構要求的金屬零件。權利要求1.基于焊接堆積的多金屬直接快速成型方法，其特征在于利用熔焊電源熔化金屬基體和填充金屬絲材，通過送絲機構將金屬絲材送入焊炬與基體之間產生的弧光區域內，使絲材熔化，三維工作臺在數控系統控制下運動，使填充材料的熔滴逐點成線，逐線成面，一層形成后，由銑頭進行本層層面及輪廓的加工，一層完成后，進行下一層的焊接堆積。2.根據權利要求1所述的基于焊接堆積的多金屬直接快速成型方法，其特征在于所說的送絲機構輸送的金屬絲材的直徑小于0.8mm。3.根據權利要求1所述的基于焊接堆積的多金屬直接快速成型裝置，其特征在于所說的銑頭采用2萬轉/分鐘以上的高速銑頭進行層面及輪廓的加工。4.基于權利要求1所述的焊接堆積的多金屬直接快速成型裝置，包括機架以及設置在機架的上、下端的數控回轉機構和三維工作臺，其特征在于在三維工作臺與數控回轉機構之間的數控回轉機構上分別設置有用于輸送金屬絲材的送絲機構和與熔焊電源相連接的焊槍，在機架上還設置有銑頭。5.根據權利要求4所述的焊接堆積的多金屬直接快速成型裝置，其特征在于所說的熔焊電源為弧焊電源。6.根據權利要求4所述的焊接堆積的多金屬直接快速成型裝置，其特征在于所說的在三維工作臺與焊槍之間還設置有包埋焊區的介質材料。7.根據權利要求6所述的焊接堆積的多金屬直接快速成型裝置，其特征在于所說的介質材料為液體介質和固體介質；液體介質為普通水、去離子水、乳化液；固體介質材料為耐高溫的金屬粉末以及陶瓷粉末。全文摘要基于焊接堆積的多金屬直接快速成形方法及裝置，該方法采用弧焊熱源熔化金屬絲材進行材料堆積，采用高速銑頭加工層片平面及輪廓，保證制件精度，通過數控程序控制三維工作臺的運動，實現所需要的零件幾何特征。成形過程中為了提高成形質量，采取了送絲方向自適應調整和包埋介質改善溫場的工藝措施。用該方法成形金屬零件具有成本低、組織致密、效率高的特點，并且可實現功能梯度結構金屬零件的快速成形。文檔編號B23C3/00GK1481972SQ0313439公開日2004年3月17日 申請日期2003年7月11日 優先權日2003年7月11日專利技術者趙萬華, 盧秉恒, 胡曉冬, 許超 申請人:西安交通大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于焊接堆積的多金屬直接快速成型方法，其特征在于：利用熔焊電源熔化金屬基體和填充金屬絲材，通過送絲機構將金屬絲材送入焊炬與基體之間產生的弧光區域內，使絲材熔化，三維工作臺在數控系統控制下運動，使填充材料的熔滴逐點成線，逐線成面，一層形成后，由銑頭進行本層層面及輪廓的加工，一層完成后，進行下一層的焊接堆積。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙萬華，盧秉恒，胡曉冬，許超，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：87[中國|西安]