CN104475951A - 一种电阻加热金属丝材熔积成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电阻加热金属丝材熔积成形方法。包括给欲制作的金属零件建立几何模型，并进行分层离散；由脉动送丝机构将金属丝材与基材短路，在金属丝材上通过可编程电流，金属丝材与基材接触点处产生电阻热，使金属丝材熔化，形成熔体；在重力作用下熔体过渡到基材上并凝固；由金属丝材三维运动机构控制金属丝材层层熔化、过渡和凝固，直到工件各层堆积完成，即可获得电阻加热金属丝材成形工件。与现有以高能束为热源的成形方法，本发明有如下有益效果：利用电阻热熔化金属丝材不需要昂贵的设备，并极大提高了能量转换效率，还降低了对基材的热输入，减少了基材的热变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种电阻加热金属丝材熔积成形方法，属于金属零件成形加工领域。
背景技术
随着先进制造技术的快速发展，不断涌现出了以激光束、电子束、等离子束高能三束为加热热源的激光烧结法和激光熔覆成形法、电子束成形法、等离子熔积成形法等金属零件成形方法，这些方法在航空航天、微纳制造、生物医学工程等诸多领域有着广阔的应用前景，但上述方法也存在一些明显的缺点：
1、激光束、电子束和等离子束所用设备的投资、维护成本高，以致金属零件的制造成本十分昂贵；
2、激光束、电子束和等离子束三种成形方法在金属零件制造过程中将电能转化为热能的效率低，并且对基材热输入高，造成基材产生大的形变；
3、以高能束为主的成形方法大多以铺设粉末为添加材料，由于制造过程中保护性气体会吹散粉末以及粉末夹杂污物等原因，添加材料的利用率上也较低。
发明内容
本发明的目的是针对上述成形方法存在的不足，提供一种能耗低、形变小的电阻加热金属丝材熔积成形方法。
一种电阻加热金属丝材熔积成形方法，包括下述步骤：
一、给欲制作的金属零件建立几何模型，并进行分层离散；
二、将金属丝材和基材分别连接在可编程电源两极；
三、通过喷嘴向所述金属丝材前端输送保护性气体；
四、通过脉动送丝机构控制金属丝材和基材短路连接，在可编程电源的电流作用下金属丝材与基材接触点处产生电阻热；
五、金属丝材前端在峰值电流作用下热量积累并逐渐熔化，形成熔体，直到熔体直径达到金属丝材直径时回抽焊丝；
六、熔体在重力作用驱动下过渡到基材并凝固成形，回抽的焊丝在基值电流作用下继续预热；
七、脉动送丝机构沿XY水平方向运动至工件的下一个实心位置，重复执行步骤四至步骤六的过程，直到金属丝材成形于工件中本层全部的实心位置；
八、脉动送丝机构向上移动一个层高，重复执行步骤四至步骤七的过程，直到金属丝材成形于工件中各层实心位置上，堆积成一个实体；
九、去除实体底部的基材，获得成形金属工件。
所述金属丝材直径≤1.6mm。
所述基材在具体选用时应与所述金属丝材成分接近，以保证丝材熔化后能与其熔合。
所述保护性气体包括氩气、氮气或氦气。
与现有以高能束为热源的成形方法相比，本发明电阻加热金属丝材熔积成形方法具有以下特点：
1)使用电阻热作为金属丝材的加热源，不需要使用价格昂贵的高能束(激光束、电子束、等离子束)热源设备，设备投资和维护成本大大降低。
2)成形过程中产生的电阻热除了热扩散和热辐射，绝大部分用于熔化金属丝材，不仅极大提高了能量转换效率，还降低了对基材的热输入，减少了基材热变形。
3)使用金属丝材作为添加材料，不会被保护气体被吹散或被熔渣污染，提高了原材料利用率。
本发明电阻加热金属丝材熔积成形的具体方法由以下附图和实施例详细给出。
附图说明
图1是电阻加热金属丝材熔积成形方法的示意图。
图中：1-可编程电源、2-导丝轮、3-脉动送丝机构及三维运动控制系统、4-金属丝材、5-导电嘴、6-喷嘴、7-基材。
具体实施方式
本实施例采用的设备包括：可编程电源1和脉动送丝机构3。可编程电源1为电焊机；脉动送丝机构3具有脉动送丝和三维运动功能，三维运动由计算机(图中未显示)控制。金属丝材4为直径1.2mm的ER304不锈钢焊丝，基材7是0Cr19Ni9不锈钢板，保护性气体为氩气。所述可编程电流基值电流为20～40安培，峰值电流为120～180安培。
如果电流太小，金属丝材熔化量太少，熔体不会在重力作用下过渡到基材，而是被丝材回抽带走；如果电流太大，丝材还未回抽，熔体就会爆断。
具体成形工艺包括以下步骤：
一、给欲制作的金属零件建立几何模型，并进行分层离散；由计算机中的软件完成制件模型的切片处理，生成制件各层数据后，对脉动送丝机构的三维运动进行控制；
二、将ER304不锈钢焊丝4和不锈钢板7分别连接在可编程电源1两极；
三、通过喷嘴5向所述ER304不锈钢焊丝4前端输送保护性气体氩气；
四、通过脉动送丝机构3控制ER304不锈钢焊丝4和不锈钢板7短路连接，在可编程电流(基值25安培、峰值160安培)作用下ER304不锈钢焊丝4与不锈钢板7接触点处产生电阻热；
五、焊丝前端在峰值电流(160安培)作用下热量积累并逐渐熔化，形成熔体，直到熔体直径为1.2mm时回抽焊丝；
六、熔体在重力作用驱动下过渡到不锈钢板7并凝固成形，回抽的焊丝在基值电流(25安培)作用下继续预热；
七、脉动送丝机构3沿XY水平方向运动至工件的下一个实心位置，重复执行步骤四至步骤六的过程，直到焊丝成形于工件中本层全部的实心位置；
八、脉动送丝机构3向上移动一个层高2mm，重复执行步骤四至步骤七的过程，直到焊丝成形于工件中各层实心位置上，堆积成一个实体；
九、去除实体底部的不锈钢板7，获得成形金属工件。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (2)
1.一种电阻加热金属丝材熔积成形方法，其特征在于：包括下述步骤：
一、给欲制作的金属零件建立几何模型，并进行分层离散；
二、将金属丝材和基材分别连接在可编程电源两极；
三、通过喷嘴向所述金属丝材前端输送保护性气体；
四、通过脉动送丝机构控制金属丝材和基材短路连接，在可编程电源的电流作用下金属丝材与基材接触点处产生电阻热；
五、金属丝材前端在电流作用下热量积累并逐渐熔化，形成熔体，直到熔体直径等于金属丝材直径时回抽焊丝；
六、熔体在重力作用驱动下过渡到基材并凝固成形，回抽的焊丝在电流作用下继续预热；
七、脉动送丝机构沿XY水平方向运动至工件的下一个实心位置，重复执行步骤四至步骤六的过程，直到金属丝材成形于工件中本层全部的实心位置；
八、脉动送丝机构向上移动一个层高，重复执行步骤四至步骤七的过程，直到金属丝材成形于工件中各层实心位置上，堆积成一个实体；
九、去除实体底部的基材，获得成形金属工件。
2.根据权利要求1所述的电阻加热金属丝材熔积成形方法，其特征在于：所述保护性气体氩气、氮气或氦气。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |