CN103962560A - 一种熔锻复合的金属增材制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔锻复合的金属增材制造装置，包括基座单元以及由基座单元支撑的熔积单元、锻打单元、驱动单元及控制单元，基座单元上还放置待加工的工件，熔积单元对工件表面进行材料熔积，然后在控制单元的带动下按编制的路径运动使工件成形，锻打单元在工件成形的过程中对工件进行锻打，锻打始终保持在熔积材料的轨迹上并滞后于熔积点。与现有技术相比，本发明可对所熔积的材料进行锻打，使材料致密，消除疏松、空洞等缺陷，打碎枝晶等不良组织，促进材料的晶粒细化，使材料的晶粒更加细密，被锻打材料表面质量更高。

Description

一种熔锻复合的金属增材制造装置

技术领域

本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其是涉及一种熔锻复合的金属增材制造装置。

背景技术

增材制造技术是一种新型的材料制造技术。在金属增材制造领域中，包括选区激光熔融、直接金属烧结、激光净形制造、电子束快速成形、等离子熔积直接制造、电弧熔积快速成形技术等。

现阶段不同的增材制造技术各有优劣，基于激光的快速制造技术成本较高、熔积效率偏低、材料热冲击大：电子束快速成形需在真空环境中实现，对粉末冲击大；采用等离子束、电弧成形技术所能成形的零件复杂程度较低且制造精度不高。申请号为201210573274.0的中国专利公开了多金属液态喷射沉积增材制造设备，包括沉积室，设置在沉积室上方的加热装置，与加热装置相连的喷头，位于沉积室内部的底座，与底座滑动连接的工作台，连接并控制所述喷头、工作台的专用集成控制单元。然而，现有的金属增材技术，无论是基于激光的快速制造技术还是基于喷射成形原理的制造技术，都存在一个共同的问题，即制造的零件强度偏低，难以达到锻件强度的水平，限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种使材料晶粒更加细密、增加零件强度的熔锻复合的金属增材制造装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种熔锻复合的金属增材制造装置，包括基座单元以及由基座单元支撑的熔积单元、锻打单元、驱动单元及控制单元，

所述的基座单元上还放置待加工的工件，所述的熔积单元对工件表面进行材料熔积，然后在控制单元的带动下按编制的路径运动使工件成形，所述的锻打单元在工件成形的过程中对工件进行锻打，锻打始终保持在熔积材料的轨迹上并滞后于熔积点。

所述的基座单元包括底座、主支架、工作台及转台，所述的主支架设置在底座上，用于支撑连接熔积单元、锻打单元及驱动单元，所述的工作台位于主支架内，用于放置待加工的工件。

所述的熔积单元包括金属液包及喷嘴，所述的金属液包固定在主支架上，所述的喷嘴连接在金属液包的下方，金属液包内的金属液经喷嘴熔积在待加工的工件表面。

所述的锻打单元包括锻打压头、导向套、连杆、曲轴，所述的锻打压头在导向套内滑动，经过连杆与曲轴连接，通过压头对工件进行锻打。

所述的驱动单元包括三轴伺服运动系统、高速电机及伺服电机，所述的三轴伺服运动系统设在底座上，顶部连接工作台，带动工作台在水平及竖直方向上做三自由度平动，所述的高速电机连接在转台上，高速电机与曲轴连接，控制压头在所熔积的材料尚未完全冷却的情况下进行锻打使材料发生塑性变形，所述的伺服电机通过锥齿带动转台绕过工件熔点的竖直轴心水平转动，使连接转台的压头始终保持在材料熔积轨迹的后方。

所述的控制单元与三轴伺服运动系统、高速电机及伺服电机、熔积单元连接，

通过三轴伺服运动系统的运动控制工件成形的运动路径，

通过高速电机的转速控制压头锻打的频率及力度，

通过伺服电机的转速控制压头的运动轨迹，

通过喷嘴控制金属液的喷出速度。

与现有技术相比，本发明可对所熔积的材料进行锻打，这种技术具有以下优点：

1、通过对被熔积的材料进行锻打，使材料致密，消除疏松、空洞等缺陷；

2、通过对被熔积的材料进行锻打，使材料产生少量的塑性变形，从而打碎枝晶等不良组织，促进材料的晶粒细化；

3、通过压头与熔积材料的接触，压头将进一步带走熔积材料的热量，降低熔积材料的温度，形成更大的温度梯度，从而使材料的晶粒更加细密；

4、通过对被熔积的材料进行锻打，使被锻打材料表面质量更高，而不同于材料熔积所形成的表面。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，1为底座，2为主支架，3为金属液包，4为三轴伺服运动系统，5为工件，6为喷嘴，7为工作台，8为导向套，9为锻打压头，10为转台，11为高速电机，12为连杆，13为曲轴，14为伺服电机，15为控制单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种熔锻复合的金属增材制造装置，如图1所示，包括底座1，主支架2，金属液包3，三轴伺服运动系统4，喷嘴6，工作台7，导向套8，锻打压头9，转台10，高速电机11，连杆12，曲轴13，伺服电机14，控制单元15。

底座1、主支架2、工作台7及转台10构成了基座单元，主支架2设置在底座1上，工作台7位于主支架2内，用于放置待加工的工件5。

金属液包3及喷嘴6构成了熔积单元，金属液包3固定在主支架2上，喷嘴6连接在金属液包3的下方，金属液包3内的金属液经喷嘴熔积在待加工的工件5表面。

锻打压头9、导向套8、连杆12、曲轴13构成了锻打单元，锻打压头9在导向套8内滑动，经过连杆12与曲轴13连接，通过锻打压头9对工件15进行锻打。

三轴伺服运动系统4、高速电机11及伺服电机14构成了驱动单元，三轴伺服运动系统4设在底座上，顶部连接工作台7，带动工作台7在水平及竖直方向上做三自由度平动，高速电机11连接在转台10上，高速电机11与曲轴13连接，控制锻打压头9在所熔积的材料尚未完全冷却的情况下进行锻打使材料发生塑性变形，伺服电机14通过锥齿带动转台绕过工件熔点的竖直轴心水平转动，使连接转台10的锻打压头9始终保持在材料熔积轨迹的后方。

更加具体的说，主支架2固定于底座1上，金属液包3固定于主支架上；三轴伺服运动系统4置于底座1上，并与工作台7连接及与控制单元15连接；喷嘴6位于金属液包3的底部，并通过控制单元15控制金属喷出速度；锻打压头9通过连杆12与曲轴13连接，并可在导向套8内滑动；高速电机11固定于转台10上，与曲轴13及控制单元15连接；转台10固定于主支架2上；伺服电机14与主支架2连接以及控制单元15连接。三轴伺服运动系统4由控制单元15控制，可在水平及竖直方向作三自由度平动。

材料熔积单元6采用金属喷射成形法，在惰性气体的保护下，将材料熔积于工件5表面。高速电机11由控制单元15控制转速，其转轴与曲柄13连接，曲柄13带动连杆12及压头9，使压头9锻打所熔积的材料并使之发生一定的塑性变形。

伺服电机14通过锥齿带动转台绕过工件熔点的竖直轴心水平转动，在控制单元15的控制下，使转台10上的压头9始终保持在材料熔积路径的后方，从而在所熔积的材料尚未完全冷却的情况下，锻打被熔积的材料。

控制单元15总体控制材料熔积单元6的熔积速度、三轴伺服运动系统4的运动、转台伺服电机14的转动以及高速电机11的转速，使这些电机耦合运动，保证最优的熔积及锻打参数。

在本装置工作时，材料熔积单元6对工件5表面进行材料堆积，工件5置于工作台7上，在三轴伺服运动系统4的带动下按预先编制的路径运动，使工件5逐渐成形；当三轴伺服运动系统4按一定轨迹运动时，伺服电机14在控制单元的控制下，使转台10转动，从而保证压头8始终保持在熔积路径上并滞后于熔积点，使所熔积的材料被压头9锻打。

Claims (6)

1.一种熔锻复合的金属增材制造装置，其特征在于，该装置包括基座单元以及由基座单元支撑的熔积单元、锻打单元、驱动单元及控制单元，

所述的基座单元上还放置待加工的工件，所述的熔积单元对工件表面进行材料熔积，然后在控制单元的带动下按编制的路径运动使工件成形，所述的锻打单元在工件成形的过程中对工件进行锻打，锻打始终保持在熔积材料的轨迹上并滞后于熔积点。

2.根据权利要求1所述的一种熔锻复合的金属增材制造装置，其特征在于，所述的基座单元包括底座、主支架、工作台及转台，所述的主支架设置在底座上，用于支撑连接熔积单元、锻打单元及驱动单元，所述的工作台位于主支架内，用于放置待加工的工件。

3.根据权利要求2所述的一种熔锻复合的金属增材制造装置，其特征在于，所述的熔积单元包括金属液包及喷嘴，所述的金属液包固定在主支架上，所述的喷嘴连接在金属液包的下方，金属液包内的金属液经喷嘴熔积在待加工的工件表面。

4.根据权利要求3所述的一种熔锻复合的金属增材制造装置，其特征在于，所述的锻打单元包括锻打压头、导向套、连杆、曲轴，所述的锻打压头在导向套内滑动，经过连杆与曲轴连接，通过压头对工件进行锻打。

5.根据权利要求4所述的一种熔锻复合的金属增材制造装置，其特征在于，所述的驱动单元包括三轴伺服运动系统、高速电机及伺服电机，所述的三轴伺服运动系统设在底座上，顶部连接工作台，带动工作台在水平及竖直方向上做三自由度平动，所述的高速电机连接在转台上，高速电机与曲轴连接，控制压头在所熔积的材料尚未完全冷却的情况下进行锻打使材料发生塑性变形，所述的伺服电机通过锥齿带动转台绕过工件熔点的竖直轴心水平转动，使连接转台的压头始终保持在材料熔积轨迹的后方。

6.根据权利要求5所述的一种熔锻复合的金属增材制造装置，其特征在于，所述的控制单元与三轴伺服运动系统、高速电机及伺服电机、熔积单元连接，

通过三轴伺服运动系统的运动控制工件成形的运动路径，

通过高速电机的转速控制压头锻打的频率及力度，

通过伺服电机的转速控制压头的运动轨迹，

通过喷嘴控制金属液的喷出速度。