CN112077314B - 一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置，该装置通过安装板与机械臂固定连接，在安装板底部设有雾化机构、顶部设有熔化机构和送丝嘴；雾化机构包括雾化器底座和雾化器，雾化器通过雾化器底座连接在安装板上；熔化机构包括前后设置的两个焊枪，焊枪通过位置调节机构进行位置调整，所述位置调节机构包括夹持固定组件、角度调节组件和高度调节组件；送丝嘴通过调节螺母固定在熔化机构顶部的送丝头固定块上。该装置的整体结构简单，通过离线编程与路径规划的方式，可用于复杂形状零件的自动成形与修复；双焊枪多丝熔化，可大幅提高增材效率，喷射增材制造的工件的组织细密，成分均匀，力学性能优异。

Description

一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置
技术领域
本发明涉及增材制造设备领域，具体涉及一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置。
背景技术
喷射成形（Spray Forming）是一种材料、工艺、零件密切结合、技术集成度很高的先进材料制造技术，它把液体金属的雾化和雾化熔滴的沉积自然地结合起来，以较少的工序直接从液体金属制取接近零件最终形状的材料或坯件。
丝材电弧增材制造技术具有成形速度快、成形件尺寸灵活等优点，但是在丝材增材制造的过程中存在熔滴的过渡不平稳，成形件质量不高，逐层堆积过程中晶粒及显微组织变化，零件内部存在不良组织等问题。
将喷射成形和增材制造技术相结合的电弧熔敷喷射增材制造工艺将弥补单一工艺在制造过程中存在的不足，其首先通过焊枪将丝材进行熔化，使用高速气流（如氮气、氩气等保护气体）将熔融金属雾化，液滴沿喷嘴轴向高速飞行，并发生剧烈的冷热交换，随后未完全凝固的金属液滴撞击到基板上，在其表面形成一层半液态薄层随后凝固为近乎完全致密的坯件，坯件的组织细密，成分均匀，力学性能明显改善，生产工序简单，可大幅降低制造成本。
但是，目前利用电弧熔敷喷射增材制造工艺制造的工件精度还不是很高，并且成形效率比较低，针对实际操作过程中存在的不足。需要对现有的电弧熔敷喷射增材制造技术进行一定的改进，以满足生产要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置，整体结构简单，使用方便，通过离线编程与路径规划的方式，可以用于复杂形状零件的自动成形与修复；双焊枪多丝熔化，可大幅提高增材效率，喷射增材制造的工件的组织细密，成分均匀，力学性能优异。
本发明的技术方案为：
一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置，该装置通过安装板与机械臂固定连接，在安装板底部设有雾化机构、顶部设有熔化机构和送丝嘴；雾化机构包括雾化器底座和雾化器，雾化器底座与安装板底面固定连接，雾化器连接在雾化器底座上；熔化机构包括前后设置的两个焊枪，焊枪通过位置调节机构进行位置调整，每套所述位置调节机构包括夹持固定组件、角度调节组件和高度调节组件；在熔化机构顶部设有送丝头固定块，送丝头固定块上设有沿其长度方向延伸的活动槽，送丝嘴卡设在活动槽内且其两侧通过调节螺母固定在送丝头固定块上。
进一步地，夹持固定组件包括第一夹块、第二夹块和螺栓固定块，第一夹块和第二夹块对接夹持在焊枪的外表面，第一夹块和第二夹块的两侧固定连接在相应一侧的螺栓固定块上。
进一步地，角度调节组件包括调节螺栓、滑块和紧固螺母，在每个螺栓固定块的外侧均连接一根调节螺栓，调节螺栓的另一端螺纹连接在一个滑块上的通孔内且在滑块两侧以紧固螺母锁紧定位。
进一步地，高度调节组件包括滑块固定板、固定块、上调节螺栓和下调节螺栓，在安装板上方平行设有两个滑块固定板，在每个滑块固定板的两端分别设有一个纵向的滑槽，连接调节螺栓的滑块滑动连接在相应设置的滑槽内，在每个滑槽的顶部均设有一个固定块，在固定块上设有纵向贯通的上调节通孔，在每个上调节通孔内螺纹连接一个上调节螺栓，上调节螺栓的底部与相应滑槽内连接的滑块的顶面接触，在安装板上与每个上调节通孔对应的位置分别设有一个纵向贯通安装板上下表面的下调节通孔，在每个下调节通孔内螺纹连接一个下调节螺栓，下调节螺栓的顶部与相应滑槽内连接的滑块的底面接触。
进一步地，第一夹块和第二夹块对接后，第一夹块的内弧面和第二夹块的内弧面围合后的形状与焊枪被夹持部的外表面形状相适应。
进一步地，通过调整雾化器气孔角度和沉积距离，对雾化射流沉积时的聚焦程度进行调整。
本发明的有益效果为：
1. 本发明公开的一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置的整体结构简单，操作方便，连接机械臂后使用，可以进行喷射增材制造的路径规划，大大提高了喷射成形工件的精度，喷射增材制造的工件组织细密，成分均匀，力学性能优异；
2. 该装置采用双焊枪多丝熔化结构，大幅提高增材效率，双焊枪间距与高度可按需求调整且可绕焊枪安装轴任意调整角度，通过离线编程与路径规划的方式，可以用于复杂形状零件的自动成形与修复；
3. 送丝嘴固定在送丝头固定块上，方便对热源位置和送丝嘴之间的角度与距离进行微调，满足增材与修复的需求；
4. 通过调整雾化器气孔角度和沉积距离，可调整雾化射流沉积时的聚焦程度，提高零件尺寸精度和沉积率。
附图说明
图1 是一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置的装置总装图；
图2是送丝嘴与送丝头固定块的连接示意图；
图3是一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置的主视示意图；
图4是一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置的左视示意图；
图5是一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置的俯视示意图。
其中：
1-安装板，2-雾化机构，3-熔化机构，4-送丝嘴；
21-雾化器底座，22-雾化器，23-雾化器压盖；
31-焊枪，32-位置调节机构；
321-夹持固定组件，322-角度调节组件，323-高度调节组件；
3211-第一夹块，3212-第二夹块，3213-螺栓固定块；
3221-调节螺栓，3222-滑块，3223-紧固螺母；
3231-滑块固定板，3232-固定块，3233-上调节螺栓，3234-下调节螺栓，3235-滑槽，3236-上调节通孔，3237-下调节通孔；
41-送丝头固定块，42-活动槽，43-调节螺母。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
为了进一步提高电弧熔敷喷射增材制造/修复过程的效率和产品成形精度，本实施方式中公开一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造/修复装置，具体结构可参考图1-5，该装置通过安装板1与机械臂固定连接，在安装板1底部设有雾化机构2、顶部设有熔化机构3和送丝嘴4；
雾化机构2包括雾化器底座21和雾化器22，雾化器底座21与安装板1底面固定连接，雾化器22连接在雾化器底座21上；
熔化机构3包括前后设置的两个焊枪31，每个焊枪31均固定在一个位置调节机构32上，每套所述位置调节机构32包括夹持固定组件321、角度调节组件322和高度调节组件323；夹持固定组件321用于固定焊枪31，角度调节组件322用于调整焊枪31喷射的角度，高度调节组件323用于调整双焊枪32间距和高度。
在熔化机构3顶部设有送丝头固定块41，送丝头固定块41上设有沿其长度方向延伸的活动槽42，送丝嘴4卡设在活动槽42内且其两侧通过调节螺母43固定在送丝头固定块41上。可以通过调节螺母43来调整送丝嘴4伸出的距离以及到焊枪31的距离。
夹持固定组件321包括第一夹块3211、第二夹块3212和螺栓固定块3213，第一夹块3211和第二夹块3212对接夹持在焊枪31的外表面，第一夹块3211和第二夹块3212的两侧固定连接在相应一侧的螺栓固定块3213上。
角度调节组件322包括调节螺栓3221、滑块3222和紧固螺母3223，在每个螺栓固定块3213的外侧均连接一根调节螺栓3221，调节螺栓3221的另一端螺纹连接在一个滑块3222上的通孔内且在滑块3222两侧以紧固螺母3223锁紧定位。调整焊枪31角度时首先旋松紧固螺母3223，使调节螺栓3221相对其所连接的滑块3222上的通孔转动相应的角度即可对夹持固定组件321的倾斜角度进行调节，进而实现对焊枪31角度的调节。
高度调节组件323包括滑块固定板3231、固定块3232、上调节螺栓3233和下调节螺栓3234，在安装板1上方平行设有两个滑块固定板3231，在每个滑块固定板3231的两端分别设有一个纵向的滑槽3235，连接调节螺栓3234的滑块3222滑动连接在相应设置的滑槽3235内，在每个滑槽3235的顶部均设有一个固定块3232，在固定块3232上设有纵向贯通的上调节通孔3236，在每个上调节通孔3236内螺纹连接一个上调节螺栓3233，上调节螺栓3233的底部与相应滑槽3235内连接的滑块3222的顶面接触，在安装板1上与每个上调节通孔3236对应的位置分别设有一个纵向贯通安装板1上下表面的下调节通孔3237，在每个下调节通孔3237内螺纹连接一个下调节螺栓3234，下调节螺栓3234的顶部与相应滑槽3235内连接的滑块3222的底面接触，通过调整上调节螺栓3233在上调节通孔3236内的旋进深度以及下调节螺栓3234在下调节通孔3237内的旋进深度即可对滑块3222的高度进行调节，即完成对焊枪31高度的调节。
第一夹块3211和第二夹块3212对接后，第一夹块3211的内弧面和第二夹块3212的内弧面围合后的形状与焊枪31被夹持部的外表面形状相适应。
为了防止修复或增材过程中熔滴溅落，在雾化器22底部设有雾化器压盖23，雾化器压盖23主要用于将雾化器22封住以起到防止熔滴溅落、确保整个雾化过程的安全性的作用。
通过调整雾化器22的气孔角度和沉积距离，可调整雾化射流沉积时的聚焦程度，提高零件尺寸精度和沉积率。
该装置通过安装板1将熔化机构3以及雾化机构2连接到机械臂上，通过离线编程与路径规划的方式完成工作，可以提高零件的成形精度。
双焊枪配合工作能够将丝材充分熔化，并且能够保证不断输送熔融的金属液滴，熔融的金属液体通过雾化器雾化成细小的液滴，喷射成形，从而能够提高喷射增材制造成形的效率。
工作过程
该电弧熔敷喷射增材制造/修复装置用于连接机械臂，可以通过离线编程与路径规划的方式，用于复杂形状零件的自动成形与修复，在两个焊枪31熔化丝材的过程中，采用氩气作为保护气体，两个焊枪31通过角度调节组件322进行角度的调整，配合工作，送丝嘴4通过调节螺母43来调整伸出的距离以及到焊枪31的距离。通过高度调节组件322可调节焊枪31到雾化器22之间的距离，雾化器22能够将熔融的金属雾化成细小液滴，并使小液滴沿喷嘴的轴线方向高速飞行，在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积到工件上成形，能够完成零件的修复以及增材制造。由于在制备过程中，金属在氩气的保护下快速熔融、快速冷却使显微组织明显细化、析出相细小且均匀分布、无宏观偏析且含氧量低，从而使增材制造工件的化学成分和组织在宏观和微观上得到有效地控制，工件的总体性能得到了明显的改善，双焊枪31配合工作能够大大提高电弧熔敷喷射增材制造成形的效率，也能够同时改善零件的多种性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (3)

1.一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造装置，其特征在于，该装置通过安装板与机械臂固定连接，在安装板底部设有雾化机构、顶部设有熔化机构和送丝嘴；
雾化机构包括雾化器底座和雾化器，雾化器底座与安装板底面固定连接，雾化器连接在雾化器底座上；
熔化机构包括前后设置的两个焊枪，焊枪通过位置调节机构进行位置调整，每套所述位置调节机构包括夹持固定组件、角度调节组件和高度调节组件；
在熔化机构顶部设有送丝头固定块，送丝头固定块上设有沿其长度方向延伸的活动槽，送丝嘴卡设在活动槽内且其两侧通过调节螺母固定在送丝头固定块上；
夹持固定组件包括第一夹块、第二夹块和螺栓固定块，第一夹块和第二夹块对接夹持在焊枪的外表面，第一夹块的一侧和第二夹块的一侧固定连接在该侧的同一个螺栓固定块上，第一夹块的另一侧和第二夹块的另一侧固定连接在该另一侧的同一个螺栓固定块上；
角度调节组件包括调节螺栓、滑块和紧固螺母，在每个螺栓固定块的外侧均连接一根调节螺栓，调节螺栓的另一端螺纹连接在一个滑块上的通孔内且在滑块两侧以紧固螺母锁紧定位；
高度调节组件包括滑块固定板、固定块、上调节螺栓和下调节螺栓，在安装板上方平行设有两个滑块固定板，在每个滑块固定板的两端分别设有一个纵向的滑槽，连接调节螺栓的滑块滑动连接在相应设置的滑槽内，在每个滑槽的顶部均设有一个固定块，在固定块上设有纵向贯通的上调节通孔，在每个上调节通孔内螺纹连接一个上调节螺栓，上调节螺栓的底部与相应滑槽内连接的滑块的顶面接触，在安装板上与每个上调节通孔对应的位置分别设有一个纵向贯通安装板上下表面的下调节通孔，在每个下调节通孔内螺纹连接一个下调节螺栓，下调节螺栓的顶部与相应滑槽内连接的滑块的底面接触。
2.如权利要求1所述的一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造装置，其特征在于，第一夹块和第二夹块对接后，第一夹块的内弧面和第二夹块的内弧面围合后的形状与焊枪被夹持部的外表面形状相适应。
3.如权利要求2所述的一种适用于机械臂终端的电弧熔敷喷射增材制造装置，其特征在于，通过调整雾化器气孔角度和沉积距离，对雾化射流沉积时的聚焦程度进行调整。
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