CN107617856A - 一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了制造技术领域内的一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法，制造方法中使用的制造装置包括可升降的支撑架和可移动的工作台，工作台上设有基板，成形件固定在基板上，支撑架上可转动地连接有主轴并固连有焊枪，焊枪的外壳上固连连接架的水平部，连接架的倾斜部连接有送丝导向头，自动焊丝机连通储存有氩气的储气瓶，送丝导向头内的焊丝正对焊枪的焊接头；制造方法包括以下步骤：程序代码的准备；焊接准备；开始堆焊；第一堆焊层平面的切削平整；再次堆焊；下一堆焊层平面的切削平整；重复执行堆焊和切削平整，直至堆焊完成；本发明提高增材制造精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法，特别涉及一种可移动且可自动穿筋的金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法。
背景技术
目前可用于直接制造金属零件的增材制造技术主要有：选区激光烧结技术、直接金属粉末激光烧结技术、选区激光熔化技术、激光近净成形技术和电子束选区熔化技术。目前的金属增材制造技术使用的材料为各类金属粉末，目前奥氏体不锈钢、镍基合金、钛基合金、钴-铬合金和各类贵重金属等材料已经广泛用于金属增材制造中，使用金属粉末作为材料进行增材制造具有较好的形状控制能力和塑形自由度，这种金属粉末极难制备，往往难于获取且价格高昂，这使得金属3D打印的成本急剧攀升，此外，现有3D打印技术中所使用的激光器或电子束发生器价格高昂，维护和使用成本也较高。
目前的金属增材制造技术使用的能量源为激光束或电子束，其原理为使用这一类能量源将金属粉末熔化再凝固，最终烧结出成型零件，但这在加工时会产生极高的温度，造成材料的氧化，使零件性能达不到设计要求。
目前，金属3D打印使用激光作为融化金属粉末的热量传播介质，由于激光的能量极高，一般在打印中会使得金属材料的完全融化，这就造成了液态金属流动的不确定性，导致了金属打印件无法达到制造精度要求，其增材制造精度不高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于解决上述现有技术中金属增材制造精度不高的技术问题，提供一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法，本发明制造精度高，制造效率高，制造成本低。
本发明的目的是这样实现的：一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法，制造方法中使用的制造装置包括可升降的支撑架和可移动的工作台，所述工作台上设有基板，所述支撑架上可转动地连接有主轴并固连有焊枪，所述主轴上连接有向下伸出的铣刀，所述焊枪的外壳上固连连接架的水平部，所述连接架的倾斜部连接有送丝导向头，送丝导向头是自动送丝机的一部分，焊枪是自动焊丝机的一部分，送丝导向头内的焊丝正对焊枪的焊接头下方的焊接区域；制造方法包括以下步骤，
（1）程序代码的准备：利用三维造型软件设计成形件的三维模型，并转换成STL文件格式，利用STL模型切片软件将所需成形件的STL文件切片为一定厚度的若干层，每一层有相应的形状和边界，利用自动编程软件编写堆焊控制程序，并输入增材制造设备的控制电脑；
（2）焊接准备：将焊丝送入自动送丝机，根据需要调整送丝参数和焊接参数，将基板以合适的位置安装在工作台上；
（3）开始堆焊：接通自动送丝机和焊枪，调节堆焊的起始位置点，运行控制程序，控制电脑控制自动送丝机自动送丝，在基板上堆焊出单层平面；
（4）第一堆焊层所在平面的修整：接通高速旋转的主轴，成形件平移一定距离以自动对刀，铣刀对刚堆焊好的第一堆焊层所在平面进行切削修整；
（5）再次堆焊：将支撑架整体提升单层堆焊层的高度，成形件平移回原来的位置，在已堆焊层的基础上进行上一层的堆焊；
（6）下一堆焊层平面的修整：再次接通高速旋转的主轴，成形件平移一定距离以自动对刀，铣刀对再次堆焊好的单层平面进行修整；
（7）返回步骤（5）和步骤（6），重复执行，直至堆焊完成；
（8）从工作台上取出基板，去除基板，完成零件制造。
为了实现成形件的平移，所述步骤（3）-步骤（5）中，成形件位置的平移均是通过移动工作台来实现。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（4）和步骤（6）中，铣刀对对应堆焊层的内外轮廓进行精修。
为了防止高温熔融下金属焊丝的氧化，所述自动焊丝机连通储存有氩气的储气瓶，开始堆焊前，自动焊丝机接通氩气，焊枪的焊接喷嘴喷出氩气；零件堆焊完成后，保持接通氩气一段时间，防止氧化。
作为本发明的进一步改进，所述自动焊丝机为氩弧焊机。
附图说明
图1为本发明中使用的制造装置进行堆焊时的立体结构示意图。
图2为本发明中使用的制造装置进行切削平整时的结构示意图。
其中，1基板，2成形件，3铣刀，4主轴，5焊枪，6支撑架，7送丝导向头，8工作台，9连接架，10抱卡二，11抱卡一。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步说明。
一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法，制造方法中使用的制造装置（如图1或图2所示）包括可升降的支撑架和可移动的工作台，工作台上设有基板，成形件固定在基板上，支撑架上连接有紧靠在一起的抱卡一和抱卡二，抱卡一抱死电机，电机上可转动地连接有主轴，主轴的下部连接有向下伸出的铣刀，抱卡二上固连有焊枪，焊枪的外壳上固连连接架的水平部，连接架的倾斜部连接有送丝导向头，送丝导向头是自动送丝机的一部分，焊枪是自动焊丝机的一部分，送丝导向头内的焊丝正对焊枪的焊接头下方的焊接区域；制造方法包括以下步骤，
（1）程序代码的准备：利用三维造型软件设计成形件的三维模型，并转换成STL文件格式，利用STL模型切片软件将所需成形件的STL文件切片为一定厚度的若干层，每一层有相应的形状和边界，利用自动编程软件编写堆焊控制程序，并输入增材制造设备的控制电脑；
（2）焊接准备：将焊丝送入自动送丝机，根据需要调整送丝参数和焊接参数，将基板以合适的位置安装在工作台上；
（3）开始堆焊：接通自动送丝机和焊枪，调节堆焊的起始位置点，运行控制程序，控制电脑控制自动送丝机自动送丝，在基板上堆焊出单层平面；
（4）第一堆焊层所在平面的修整：接通高速旋转的主轴，成形件平移一定距离以自动对刀，铣刀对刚堆焊好的第一堆焊层所在平面进行切削修整；
（5）再次堆焊：将支撑架整体提升单层堆焊层的高度，成形件平移回原来的位置，在已堆焊层的基础上进行上一层的堆焊；
（6）下一堆焊层平面的修整：再次接通高速旋转的主轴，成形件平移一定距离以自动对刀，铣刀对再次堆焊好的单层平面进行修整；
（7）返回步骤（5）和步骤（6），重复执行，直至堆焊完成；
（8）从工作台上取出基板，去除基板，完成零件制造。
本实施例中的工作台和支撑架的移动由控制电脑控制，工作台可左右前后移动；成形件为各类可焊接的材料，例如各类铁碳合金、有色金属等。
为了实现成形件的平移，步骤（3）-步骤（5）中，成形件位置的平移均是通过移动工作台来实现。
步骤（4）和步骤（6）中，铣刀对对应堆焊层的内外轮廓进行精修。
为了防止高温熔融下金属焊丝的氧化，自动焊丝机连通储存有氩气的储气瓶，开始堆焊前，自动焊丝机接通氩气，焊枪的焊接喷嘴喷出氩气；零件堆焊完成后，保持接通氩气一段时间，防止氧化。
本实施例中，自动焊丝机为氩弧焊机。
本发明中在每一层堆焊完毕后立即对该堆焊层的内外边界进行高速切削处理，使每一层的堆焊层均平整，确保每一层的堆焊精度，并为下一层的堆焊提供良好的基础，增材制造精度高；堆焊完成后只需调整成形件的位置就可对该堆焊层进行切削平整，制造效率高；利用氩弧焊的脉冲焊技术对成形件进行金属堆焊，焊丝为可焊接的金属丝，焊接成本低；在堆焊时，氩气流覆盖在堆焊时产生的金属熔池上方，形成惰性气体保护层，杜绝高温熔融的金属与空气中的氧化成分接触导致氧化；本发明可应用于各种可焊接的成形件的增材制造工作中。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护范围内。
Claims (5)
1.一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法，其特征在于，制造方法中使用的制造装置包括可升降的支撑架和可移动的工作台，所述工作台上设有基板，所述支撑架上可转动地连接有主轴并固连有焊枪，所述主轴上连接有向下伸出的铣刀，所述焊枪的外壳上固连连接架的水平部，所述连接架的倾斜部连接有送丝导向头，送丝导向头是自动送丝机的一部分，焊枪是自动焊丝机的一部分，送丝导向头内的焊丝正对焊枪的焊接头下方的焊接区域；制造方法包括以下步骤，
（1）程序代码的准备：利用三维造型软件设计成形件的三维模型，并转换成STL文件格式，利用STL模型切片软件将所需成形件的STL文件切片为一定厚度的若干层，每一层有相应的形状和边界，利用自动编程软件编写堆焊控制程序，并输入增材制造设备的控制电脑；
（2）焊接准备：将焊丝送入自动送丝机，根据需要调整送丝参数和焊接参数，将基板以合适的位置安装在工作台上；
（3）开始堆焊：接通自动送丝机和焊枪，调节堆焊的起始位置点，运行控制程序，控制电脑控制自动送丝机自动送丝，在基板上堆焊出单层平面；
（4）第一堆焊层所在平面的修整：接通高速旋转的主轴，成形件平移一定距离以自动对刀，铣刀对刚堆焊好的第一堆焊层所在平面进行切削修整；
（5）再次堆焊：将支撑架整体提升单层堆焊层的高度，成形件平移回原来的位置，在已堆焊层的基础上进行上一层的堆焊；
（6）下一堆焊层平面的修整：再次接通高速旋转的主轴，成形件平移一定距离以自动对刀，铣刀对再次堆焊好的单层平面进行修整；
（7）返回步骤（5）和步骤（6），重复执行，直至堆焊完成；
（8）从工作台上取出基板，去除基板，完成零件制造。
2.根据权利要求1所述的一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法，其特征在于，所述步骤（3）-步骤（5）中，成形件位置的平移均是通过移动工作台来实现。
3.根据权利要求1或2所述的一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法，其特征在于，所述步骤（4）和步骤（6）中，铣刀对对应堆焊层的内外轮廓进行精修。
4.根据权利要求1或2所述的一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法，其特征在于，所述自动焊丝机连通储存有氩气的储气瓶，开始堆焊前，自动焊丝机接通氩气，焊枪的焊接喷嘴喷出氩气；零件堆焊完成后，保持接通氩气一段时间，防止氧化。
5.根据权利要求1或2所述的一种金属熔覆与边界切削修整复合增材制造方法，其特征在于，所述自动焊丝机为氩弧焊机。
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