CN109604788A - 模具电弧增材制造加热保温系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模具电弧增材制造加热保温系统及方法，系统包括上箱体和可移动的电动平车，电动平车上设有上端敞口的下箱体，上箱体的下端敞口，上箱体扣合连接在下箱体上并可与下箱体分离；上箱体连接升降驱动机构以在升降驱动机构的驱动下与下箱体扣合或分离；下箱体内设有第一加热元件和模具定位装置，上箱体内设有第二加热元件。本发明在电动平车上设置下箱体，下箱体内集成第一加热元件和模具定位装置，分别用于模具的保温和装夹，上箱体内集成第二加热元件，下箱体和与升降驱动机构连接的上箱体共同用于模具堆焊制造前的预热处理和堆焊后的回火处理，可以有效控制模具堆焊制造过程中的温度，保障模具制造质量，提高模具使用寿命。

Description

模具电弧增材制造加热保温系统及方法

技术领域

本发明属于模具制造技术领域，具体涉及一种模具电弧增材制造加热保温系统及方法。

背景技术

目前全国中小型锻模市场规模很大，传统制造方法为制造均质的锻模，缺点是模块锻透性差、热处理硬度低、易出现热处理裂纹、制造成本高、锻模失效后废弃导致的浪费严重等，现有技术中通过如ZL200910104604.X一种基于铸钢基体的双金属梯度层制备锻模的方法、ZL201510171656.4一种夹心层锻模及锻模夹心层堆焊的制备方法较好地解决了部分问题，即将锻模基体采用特种铸钢材料浇注成型，锻模型腔基本形状也一同浇注成型，再通过人工堆焊方法制备梯度功能层，然后通过机械加工获得最终锻模型腔，取得了节约模具材料、降低模块报废率、节约加工费用、根据堆焊材料的不同提升适应性和模具使用寿命的效果。

其中，人工堆焊作业制备梯度功能层的方式，还存在堆焊效率低，工况环境差，人工成本高的问题，特别是堆焊大型锻模时，为保证焊接质量和效率，需要多个焊接工人同时操作，焊接烟尘和辐射加大，作业环境很恶劣；人工焊接时，为保证堆焊层厚度满足后续加工要求，堆焊层厚度通常较大，浪费了焊材，提高了后续机械加工的难度和成本。因此，现有技术中通过ZL201710259085.9一种模具3D堆焊智能机器人来初步实现梯度堆焊过程的自动化，解决了人工堆焊作业存在的问题。

现有技术通过不断改进，在材料配合使用、机械制造工艺上取得创新突破，取得一定效果，但不可忽视的，制造过程中温度的控制也是模具质量的决定性因素之一。在模具堆焊制造过程中，浇注的模具基体经调质（淬火后高温回火）处理后，油冷至室温；堆焊制造前，先将模具基体在天然气炉中预热至350-450℃，经吊装、转运至堆焊工作区，吊装、转运过程中需采用保温材料如保温棉包覆模具基体以避免温度下降过快，堆焊制造过程中，模具温度需维持控制在300℃±10℃的工艺区间，目前通过人工火焰烘烤等方式进行保温，直至梯度功能层堆焊完成后继续保持温度并再次吊装、转运至回火炉中进行多道次550℃左右的回火去应力；在吊装、转运过程中的温度过度降低以及堆焊过程中的温度维持偏差都会造成异种材料间连接强度降低、层间裂纹等多种缺陷，影响模具的最终质量和使用寿命；可以说，温度控制是决定锻模堆焊过程工艺稳定性、制件性能稳定性和型腔尺寸精度稳定性的最主要因素，而这恰恰是现有技术和设备的短板，吊装、转运过程复杂，吊装、转运过程中的保温和堆焊过程中的温度维持控制保障性不足，并且还存在较大的安全隐患。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种模具电弧增材制造加热保温系统及方法，避免锻模堆焊制造过程中温度维持控制操作复杂、效果差的问题，取得模具功能梯度层的焊接热应力更均匀，异种材料间的结合性能和组织分布更稳定，避免层间裂纹的产生的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

模具电弧增材制造加热保温系统，包括上箱体和可移动的电动平车，所述电动平车上设有上端敞口的下箱体，所述上箱体的下端敞口，上箱体扣合连接在下箱体上并可与下箱体分离；所述上箱体连接升降驱动机构以在升降驱动机构的驱动下与下箱体扣合或分离；所述下箱体内设有第一加热元件和模具定位装置，所述上箱体内设有第二加热元件。

本发明的加热保温系统，通过在电动平车上设置下箱体，下箱体内集成了第一加热元件和模具定位装置，分别用于模具堆焊增材制造过程中的保温和装夹，上箱体内集成有第二加热元件，通过连接升降驱动机构的上箱体和电动平车的下箱体共同用于模具堆焊增材制造前的预热处理和堆焊增材制造后的回火去应力处理。使用时，升降驱动机构先驱动上箱体提升与下箱体分离，将模具基体放置在下箱体内并通过模具定位装置装夹定位，需要时，电动平车可移动至上、下箱体竖向错开的状态以便于模具基体的放置，然后电动平车移动至上、下箱体敞口部相对并通过升降驱动机构驱动上箱体落下与下箱体扣合，通过下箱体内的第一加热元件和上箱体内的第二加热元件共同对模具基体实施预热至350-450℃，提升上箱体，电动平车移动至堆焊工作区，无需吊装转运操作，也省去包覆保温材料的步骤，下箱体内的第一加热元件继续用于移动、模具堆焊增材制造过程中的保温，使模具温度需维持控制在300℃±10℃的工艺区间，无需人工火焰烘烤，堆焊完成后继续保温，电动平车移动至上、下箱体敞口部相对，上箱体落下与下箱体扣合，通过下箱体内的第一加热元件和上箱体内的第二加热元件又共同对模具实施多道次550℃左右的回火去应力。整个堆焊制造过程中温度始终保持受控，衔接紧密，控制温度的操作简单可靠，并且大大降低安全隐患；本加热保温系统占地小、功能完善，能够保证模具在增材制造过程中始终处于需要的恒温状态，使得模具功能梯度层的焊接热应力更均匀，异种材料间的结合性能和组织分布更稳定，避免层间裂纹的产生，提高模具的质量和使用寿命。

进一步完善上述技术方案，所述升降驱动机构设在门形机架上，所述门形机架包括竖直正对的两侧板，所述上箱体位于两侧板之间；两侧板之间铺设有两条平行的平车导轨，所述电动平车通过对应的滚轮安装在平车导轨上，所述平车导轨水平设置并平行于两侧板所在的竖直面且至少一端延伸出门形机架外。

这样，提升系统使用效果，门形机架连接升降驱动机构的形式使系统的独立性，成套性更强，无需分离的或其它的升降设备；电动平车沿平车导轨形式，移动轨迹更可靠，方便控制，上、下箱体分离后的扣合更易实施。

进一步地，两侧板的上端通过顶板连接，所述升降驱动机构为升降气缸，所述升降气缸设在顶板上，升降气缸的活塞杆穿过顶板并与上箱体的上端相连。

这样，通过具体的升降气缸形式实现上箱体的升降，成本低，升降动作可靠。

进一步地，所述两侧板的内侧面分别凸起设有第一限位块，所述第一限位块的上表面略低于下箱体的上表面，上箱体朝向两侧板的外壁上分别凸起设有第二限位块，所述第二限位块的下表面与上箱体的下表面平齐，任一第一限位块位于同侧的第二限位块的正下方。

这样，在电动平车移动异常，上、下箱体不能扣合时，限制上箱体的下降行程；上、下箱体正常扣合时，第一限位块和第二限位块不接触，电动平车移动异常导致上、下箱体未能正常扣合，上箱体也至多下降至第二限位块与第一限位块相抵接，避免造成电动平车的倾覆或其它事故。

进一步地，所述第一加热元件和第二加热元件均为电阻加热带。

这样，电阻加热为现有的电加热技术，成熟可靠，成本不高，加热温度可控。

进一步地，所述上箱体的内壁贴设有保温隔热层，上箱体内的电阻加热带设置在上箱体内的上部。

这样，更好地实现加热保温效果，降低能耗，与下箱体的配合加热效果好。

进一步地，所述下箱体的内壁贴设有加固钢板，所述模具定位装置的四周围设有保温隔热层，下箱体内的电阻加热带设在模具定位装置的下方。

这样，保证模具较重时下箱体的使用强度，也可以提升保温效果；电阻加热带和保温隔热层的设置方式，可以更好地实现加热和模具增材制造过程中的保温效果，提高功效，降低能耗。

进一步地，所述模具定位装置通过支撑机构设在下箱体底板上的加固钢板上，所述支撑机构包括台面板和平行间隔设置的至少两个支撑板，所述支撑板支撑在台面板下方，模具定位装置设在台面板上，下箱体内的电阻加热带设在支撑板之间。

这样，连接可靠，并保障加热和保温效果。

本发明还涉及一种模具电弧增材制造加热保温方法，本方法基于上述的模具电弧增材制造加热保温系统而进行，包括如下步骤：

1）通过升降驱动机构驱动上箱体提升，与下箱体分离；

2）电动平车移动至使上、下箱体竖向错开的位置；

3）将模具基体放置在下箱体内并通过模具定位装置装夹固定；

4）电动平车移动至使上、下箱体的敞口部正对的位置；

5）通过升降驱动机构驱动上箱体落下，与下箱体扣合；

6）通过第一加热元件和第二加热元件共同对模具基体进行预热；

7）达到预热温度后，通过升降驱动机构驱动上箱体提升，与下箱体分离；

8）电动平车通过平车导轨移动至焊接操作工作区并进行焊接作业，第一加热元件持续对模具基体进行保温；

9）焊接作业完成后，电动平车移动至使上、下箱体的敞口部正对的位置；

10）通过升降驱动机构驱动上箱体落下，与下箱体扣合；

11）通过第一加热元件和第二加热元件共同对模具进行回火处理。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明使整个堆焊增材制造过程中模具的温度始终保持受控，工序衔接紧密，控制温度的操作简单可靠，无需吊装转运操作，也省去包覆保温材料的步骤，堆焊过程中无需人工火焰烘烤保温，大大降低安全隐患。

2、本发明的加热保温系统能够保证模具在增材制造过程中始终处于需要的恒温状态，使得模具功能梯度层的焊接热应力更均匀，异种材料间的结合性能和组织分布更稳定，避免层间裂纹的产生，保障模具的制造质量，提高使用寿命。

3、本发明减少了制造过程中需要的各种起吊、转运、预热以及回火等设备，占地小、功能完善，非常适于工厂使用，控温效果好。

附图说明

图1-具体实施例的模具电弧增材制造加热保温系统的结构示意图；

图2-具体实施例的模具电弧增材制造加热保温系统的使用示意图；

其中，电动平车1，平车导轨11，上箱体2，第二加热元件21，第二限位块22，下箱体3，第一加热元件31，模具定位装置32，升降驱动机构4，门形机架5，侧板51，顶板52，第一限位块53，保温隔热层6，支撑板7，台面板71，加固钢板8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

参见图1、图2，具体实施例的模具电弧增材制造加热保温系统，包括上箱体2和可移动的电动平车1，所述电动平车1上设有上端敞口的下箱体3，所述上箱体2的下端敞口，上箱体2和下箱体3的敞口相对，上箱体2扣合连接在下箱体3上并可与下箱体3分离；所述上箱体2连接升降驱动机构4以在升降驱动机构4的驱动下与下箱体3扣合或分离；所述下箱体3集成有第一加热元件31、模具定位装置32和恒温控制装置（图中未示出），所述第一加热元件31和模具定位装置32设在下箱体3内，恒温控制装置可以设在下箱体3内或下箱体3外，与第一加热元件31相连，所述上箱体2集成有第二加热元件21和温度调节装置（图中未示出），所述第二加热元件21设在上箱体2内，温度调节装置可以设在上箱体2内或上箱体2外，与第二加热元件21相连。还包括门形机架5，所述门形机架5包括竖直正对的两侧板51，所述上箱体2位于两侧板51之间，两侧板51的上端通过顶板52连接，所述升降驱动机构4为升降气缸，所述升降气缸设在顶板52上，升降气缸的活塞杆穿过顶板52并与上箱体2的上端相连，两侧板51之间的地面（也可以是专用的底座）上铺设有两条平行的平车导轨11，所述电动平车1通过对应的滚轮安装在平车导轨11上，所述平车导轨11沿两侧板51的长度方向延伸出门形机架5。所述两侧板51的内侧面分别凸起设有第一限位块53，所述第一限位块53的上表面略低于下箱体3的上表面，上箱体2朝向两侧板51的外壁上分别凸起设有第二限位块22，所述第二限位块22的下表面与上箱体2的下表面平齐，任一第一限位块53位于同侧的第二限位块22的正下方。

所述上箱体2的内壁完整均匀地贴设有保温隔热层6，第二加热元件21选用电阻加热方式，形成电阻加热带，上箱体2内的电阻加热带设置在上箱体2内的上部，水平且平行间隔布置若干组；温度调节装置用于控制第二加热元件21的加热温度。所述下箱体3的内壁匀贴设有加固钢板8，所述模具定位装置32通过支撑机构设在下箱体3底板上的加固钢板8上，所述支撑机构包括台面板71和平行间隔设置的四个支撑板7，四个支撑板7支撑在台面板71下方，即加固钢板8和台面板71之间，模具定位装置32设在台面板71上，模具定位装置32的四周还围设有保温隔热层6，第一加热元件31也选用电阻加热方式，下箱体3内的电阻加热带平行排列在相邻支撑板7之间，位于模具定位装置32的下方；恒温控制装置用于控制第一加热元件31的加热温度，包括温度传感器和控制器，通过温度传感器的温度反馈，控制器可实现当低于设定温度时，自动开启第一加热元件31；当高于设定温度时，自动断开第一加热元件31，在使用时可保证模具基体处于恒温状态。

本发明的加热保温系统，通过在电动平车1上设置下箱体3，下箱体3集成有第一加热元件31、模具定位装置32和恒温控制装置，分别用于模具堆焊增材制造过程中的加热保温、装夹和恒温控制，上箱体2集成有第二加热元件21和温度调节装置，分别用于加热保温和加热温度控制，下箱体3和上箱体2的开口大小一致，能紧密扣合。通过连接升降驱动机构4的上箱体2和电动平车1上的下箱体3共同用于模具堆焊增材制造前的预热处理和堆焊增材制造后的回火去应力处理，同时可以有效控制模具堆焊制造过程中的温度。使用时，升降驱动机构4先驱动上箱体2提升与下箱体3分离，将模具基体放置在下箱体3内并通过模具定位装置32装夹定位，需要时，电动平车1可移动至上、下箱体竖向错开的状态以便于模具基体的放置，然后电动平车1移动至上、下箱体敞口部相对并通过升降驱动机构4驱动上箱体2落下与下箱体3扣合，通过下箱体3内的第一加热元件31和上箱体2内的第二加热元件21共同对模具基体实施预热至350-450℃，其中，恒温控制装置和温度调节装置分别用于对应控制第一加热元件31和第二加热元件21的加热温度，提升上箱体2，电动平车1移动至前方堆焊工作区，无需吊装转运操作，也省去包覆保温材料的步骤，恒温控制装置控制下箱体3内的第一加热元件31继续用于移动、模具堆焊增材制造过程中的加热保温，使模具温度需维持控制在300℃±10℃的工艺区间，无需人工火焰烘烤，堆焊完成后继续加热保温，电动平车1移动至上、下箱体敞口部相对，上箱体2落下与下箱体3扣合，通过下箱体3内的第一加热元件31和上箱体2内的第二加热元件21又共同对模具实施多道次550℃左右的回火去应力，恒温控制装置和温度调节装置对应控制第一加热元件31和第二加热元件21的加热温度。整个堆焊制造过程中温度始终保持受控，衔接紧密，控制温度的操作简单可靠，并且大大降低安全隐患；本加热保温系统占地小、功能完善，能够保证模具在增材制造过程中始终处于需要的恒温状态，使得模具功能梯度层的焊接热应力更均匀，异种材料间的结合性能和组织分布更稳定，避免层间裂纹的产生，提高模具的质量和使用寿命。

第一限位块53和第二限位块22的设置，可限制上箱体2的下降行程；上、下箱体正常扣合时，第一限位块53和第二限位块22不接触，电动平车1移动异常导致上、下箱体未能正常扣合时，上箱体2也至多下降至第二限位块22与第一限位块53相抵接，避免造成电动平车1的倾覆或其它事故。

本发明还提供一种模具电弧增材制造加热保温方法，本方法基于上述的模具电弧增材制造加热保温系统而进行，包括如下步骤：

1）通过升降驱动机构4驱动上箱体2提升，与下箱体3分离；实际操作时，提升高度应大于载放模具基体的高度；

2）电动平车1移动至使上、下箱体竖向错开的位置；

3）将模具基体放置在下箱体3内并通过模具定位装置32装夹固定；

4）电动平车1移动至使上、下箱体的敞口部正对的位置；

5）通过升降驱动机构4驱动上箱体2落下，与下箱体3扣合；

6）通过第一加热元件31和第二加热元件21共同对上、下箱体内的模具基体进行预热处理；

7）达到预热温度后，通过升降驱动机构4驱动上箱体2提升，与下箱体3分离；

8）电动平车1通过平车导轨11移动至焊接操作工作区并进行焊接作业，第一加热元件31在恒温控制装置作用下持续对模具基体进行加热保温；

9）焊接作业完成后，电动平车1移动至使上、下箱体的敞口部正对的位置；

10）通过升降驱动机构4驱动上箱体2落下，与下箱体3扣合；

11）通过第一加热元件31和第二加热元件21共同对上、下箱体内完成焊接作业的模具（模具基体）进行回火去应力处理。

本方法的加热保温效果与前述效果相同，此处不再赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.模具电弧增材制造加热保温系统，其特征在于：包括上箱体和可移动的电动平车；所述电动平车上设有上端敞口的下箱体，所述上箱体的下端敞口，上箱体扣合连接在下箱体上并可与下箱体分离；所述上箱体连接升降驱动机构以在升降驱动机构的驱动下与下箱体扣合或分离；所述下箱体内设有第一加热元件和模具定位装置，所述上箱体内设有第二加热元件。

2.根据权利要求1所述模具电弧增材制造加热保温系统，其特征在于：所述升降驱动机构设在门形机架上，所述门形机架包括竖直正对的两侧板，所述上箱体位于两侧板之间；两侧板之间铺设有两条平行的平车导轨，所述电动平车通过对应的滚轮安装在平车导轨上，所述平车导轨水平设置并平行于两侧板所在的竖直面且至少一端延伸出门形机架外。

3.根据权利要求2所述模具电弧增材制造加热保温系统，其特征在于：两侧板的上端通过顶板连接，所述升降驱动机构为升降气缸，所述升降气缸设在顶板上，升降气缸的活塞杆穿过顶板并与上箱体的上端相连。

4.根据权利要求2所述模具电弧增材制造加热保温系统，其特征在于：所述两侧板的内侧面分别凸起设有第一限位块，所述第一限位块的上表面略低于下箱体的上表面，上箱体朝向两侧板的外壁上分别凸起设有第二限位块，所述第二限位块的下表面与上箱体的下表面平齐，任一第一限位块位于同侧的第二限位块的正下方。

5.根据权利要求1-4任一项所述模具电弧增材制造加热保温系统，其特征在于：所述第一加热元件和第二加热元件均为电阻加热带。

6.根据权利要求5所述模具电弧增材制造加热保温系统，其特征在于：所述上箱体的内壁贴设有保温隔热层，上箱体内的电阻加热带设置在上箱体内的上部。

7.根据权利要求5所述模具电弧增材制造加热保温系统，其特征在于：所述下箱体的内壁贴设有加固钢板，所述模具定位装置的四周围设有保温隔热层，下箱体内的电阻加热带设在模具定位装置的下方。

8.根据权利要求7所述模具电弧增材制造加热保温系统，其特征在于：所述模具定位装置通过支撑机构设在下箱体底板上的加固钢板上，所述支撑机构包括台面板和平行间隔设置的至少两个支撑板，所述支撑板支撑在台面板下方，模具定位装置设在台面板上，下箱体内的电阻加热带设在支撑板之间。

9.模具电弧增材制造加热保温方法，其特征在于：本方法基于权利要求1-8中任一项所述的模具电弧增材制造加热保温系统而进行，包括如下步骤：

1）通过升降驱动机构驱动上箱体提升，与下箱体分离；

2）电动平车移动至使上、下箱体竖向错开的位置；

3）将模具基体放置在下箱体内并通过模具定位装置装夹固定；

4）电动平车移动至使上、下箱体的敞口部正对的位置；

5）通过升降驱动机构驱动上箱体落下，与下箱体扣合；

6）通过第一加热元件和第二加热元件共同对模具基体进行预热；

7）达到预热温度后，通过升降驱动机构驱动上箱体提升，与下箱体分离；

8）电动平车通过平车导轨移动至焊接操作工作区并进行焊接作业，第一加热元件持续对模具基体进行保温；

9）焊接作业完成后，电动平车移动至使上、下箱体的敞口部正对的位置；

10）通过升降驱动机构驱动上箱体落下，与下箱体扣合；

11）通过第一加热元件和第二加热元件共同对模具进行回火处理。