CN108322946B - 一种电热式全闭环加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电热式全闭环加热装置。该加热装置针对选区激光熔融增材制造过程中由于温度梯度过大产生的热翘曲、球化等问题，采用电热式全闭环加热技术，加热体以不锈钢片为主体，将平面电阻片沿平面均匀缠绕在主体表面，按需求通以适当的电流后发热，从而对固定基板实现辐射式加热；针对加热体故障后可能使机床带电的问题，采用将加热体安装在一个陶瓷纤维板制成的托盘内的方式，该托盘除了顶部开放外，各面均封闭，热量绝大部分向上方传递，从而起到绝缘、隔热作用；本发明的电热式全闭环加热装置解决了选区激光熔融增材制造过程中的在线高效预热问题，不仅可以用来实现增材制造过程中的预热，也可以拓展到其他需要在线预热的装置和设备。
Description
技术领域
本发明属于特种加工技术领域，具体涉及一种电热式全闭环加热装置。
背景技术
选区激光熔融是一种先进的数字化增材制造技术，以其逐层叠加成形的工艺原理使原来减材制造无法完成的加工问题成为可能。生产过程以各种纯金属或合金粉末材料作为加工原料，采用中小功率激光器快速、完全地选择性熔化金属粉末，形成致密的金属零件。因其是一种快速冷却和凝固的过程，因而可以获得非平衡态过饱和固溶体及均匀细小的金相组织，其成型零件致密度近乎100%，机械性能与锻造零件相当。SLM成型件的应用范围广泛，如：机械领域的微器件、模具、生物领域的生物植入零件、电子领域的散热器件、航空航大领域的超轻结构件、梯度功能复合材料零件。作为一种金属加工快速成型技术，与传统的加工模式截然不同，不需要复杂的机械去除设备以及复杂的加工轨迹即可制造形状极为复杂的工件。
然而，在增材制造加工过程中，由于温度梯度过大会产生热翘曲、球化等现象，影响最终产品的表面粗糙度和形状精度。
目前的增材制造大多不采用预热装置，如中国专利文献库公开的《不同粉末复合使用的选区激光熔融送粉铺粉装置》（申请号：2014105327927），或仅采用开环预热的方式，如中国专利文献库公开的《一种选区激光熔融深孔增补修复装置》（申请号：201410083380X）等。但是，上述装置普遍存在加热效率低、绝缘性差、存在安全隐患的缺点，当前亟需发展一种电热式全闭环加热装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电热式全闭环加热装置。
本发明的电热式全闭环加热装置，其特点是：所述的加热装置包括缸体 、活动基板、固定基板、加热体、热电偶、绝缘隔热垫、密封件、活塞体、陶瓷纤维隔热板；其连接关系是：所述的活塞体在缸体内密封滑动连接，活塞体与缸体的接触面上有固定在活塞体的凹槽内的密封件；所述的陶瓷纤维隔热板的形状为托盘型，放置在活塞体的上面，加热体固定在陶瓷纤维隔热板的底部，加热体的上方从下至上依次叠加绝缘隔热垫、固定基板和活动基板；热电偶测量加热体的温度；陶瓷纤维板的下部开有电源孔和冷却水孔，冷却水通过冷却水孔流入活塞体，冷却活塞体。
所述的固定基板与加热体之间的距离为2mm，即固定基板与加热体之间通过支撑体保持2mm的空间高度，在空间高度内固定基板一侧贴有绝缘隔热垫。
所述的固定基板和活动基板通过螺钉固定连接。
所述的加热体以不锈钢片为主体，表面均匀缠绕平面电阻片。
所述的缸体、活塞体的材料均采用淬火钢。
所述的活动基板、固定基板的材料采用黄铜。
所述的密封件的材料采用聚四氟乙烯。
所述的陶瓷纤维板、绝缘隔热垫的材料采用陶瓷纤维。
所述的加热体按需求通以适当的电流后发热，从而对固定基板实现辐射式加热。为了防止加热体故障后使机床带电而引入不安全因素，将加热体安装在由陶瓷纤维隔热板制成的托盘内，热量绝大部分向上方传递，从而起到绝缘、隔热的作用。
所述的固定基板通过绝缘隔热垫安装至有陶瓷纤维隔热板托盘上方，其与加热体之间保持2mm的安全距离，同时设计有接地点确保漏电后的电气安全性。
由于金属粉末快速成型时，金属基板需要经常更换，因此，将基板设计成了两部分，一部分为固定基板，另一部分为活动基板。固定基板在装调完毕后，不再拆卸。将活动基板通过螺钉与固定基板连接，当需要更换金属基板时，只需更换活动基板即可，这样既可以保证更换时的安全性，又可以减少更换后的调整工作量。
本发明的电热式全闭环加热装置通过加热体和热电偶组成的闭环加热控制回路，具有在线高效快速精确预热的优点，能够解决加工过程中由于温度梯度过大产生的热翘曲、球化等问题，还能够提高加热效率，改善绝缘性能，杜绝安全隐患，提高增材制造质量。本发明的电热式全闭环加热装置也可以拓展到其他需要在线预热的装置和设备。
附图说明
图1为本发明的电热式全闭环加热装置结构示意图；
图中，1.缸体 2.活动基板 3.固定基板 4.加热体 5.热电偶 6.绝缘隔热垫 7.密封件 8.活塞体 9.陶瓷纤维隔热板。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明。
本发明的电热式全闭环加热装置包括缸体1、活动基板2、固定基板3、加热体4、热电偶5、绝缘隔热垫6、密封件7、活塞体8、陶瓷纤维隔热板9；其连接关系是：所述的活塞体8在缸体1内密封滑动连接，活塞体8与缸体1的接触面上有固定在活塞体8的凹槽内的密封件7；所述的陶瓷纤维隔热板9的形状为托盘型，放置在活塞体8的上面，加热体4固定在陶瓷纤维隔热板9的底部，加热体4的上方从下至上依次叠加绝缘隔热垫6、固定基板3和活动基板2；热电偶5测量加热体4的温度；陶瓷纤维板9的下部开有电源孔和冷却水孔，冷却水通过冷却水孔流入活塞体8，冷却活塞体8。
所述的固定基板3与加热体4之间的距离为2mm，即固定基板3与加热体4之间通过支撑体保持2mm的空间高度，在空间高度内固定基板3一侧贴有绝缘隔热垫6。
所述的固定基板3和活动基板2通过螺钉固定连接。
所述的加热体4以不锈钢片为主体，表面均匀缠绕平面电阻片。
所述的缸体1、活塞体8的材料均采用淬火钢。
所述的活动基板2、固定基板3的材料采用黄铜。
所述的密封件7的材料采用聚四氟乙烯。
所述的陶瓷纤维板9、绝缘隔热垫6的材料采用陶瓷纤维。
本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电热式全闭环加热装置，其特征在于：所述的加热装置包括缸体(1)、活动基板(2)、固定基板(3)、加热体(4)、热电偶(5)、绝缘隔热垫(6)、密封件(7)、活塞体(8)、陶瓷纤维隔热板(9)；其连接关系是：所述的活塞体(8)在缸体(1)内密封滑动连接，活塞体(8)与缸体(1)的接触面上有固定在活塞体(8)的凹槽内的密封件(7)；所述的陶瓷纤维隔热板(9)的形状为托盘型，放置在活塞体(8)的上面，加热体(4)固定在陶瓷纤维隔热板(9)的底部，加热体(4)的上方从下至上依次叠加绝缘隔热垫(6)、固定基板(3)和活动基板(2)，所述的固定基板(3)与加热体(4)之间的距离为2mm，即固定基板(3)与加热体(4)之间通过支撑体保持2mm的空间高度，在空间高度内固定基板(3)一侧贴有绝缘隔热垫(6)；热电偶(5)测量加热体(4)的温度；陶瓷纤维隔热板(9)的下部开有电源孔和冷却水孔，冷却水通过冷却水孔流入活塞体(8)，冷却活塞体(8)。
2.根据权利要求1所述的电热式全闭环加热装置，其特征在于：所述的固定基板(3)和活动基板(2)通过螺钉固定连接。
3.根据权利要求1所述的电热式全闭环加热装置，其特征在于：所述的加热体(4)以不锈钢片为主体，表面均匀缠绕平面电阻片。
4.根据权利要求1所述的电热式全闭环加热装置，其特征在于：所述的缸体(1)、活塞体(8)的材料均采用淬火钢。
5.根据权利要求1所述的电热式全闭环加热装置，其特征在于：所述的活动基板(2)、固定基板(3)的材料采用黄铜。
6.根据权利要求1所述的电热式全闭环加热装置，其特征在于：所述的密封件(7)的材料采用聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1所述的电热式全闭环加热装置，其特征在于：所述的陶瓷纤维隔热板(9)、绝缘隔热垫(6)的材料采用陶瓷纤维。
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