CN112338207A - 一种增材工件点阵循环冷却机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种增材工件点阵循环冷却机构，包括冷却台，所述冷却台上设有用于冷却工件上表面的冷却模块，所述冷却模块内部设有供冷却液流通的冷却通道，所述冷却模块与工件上表面相接触的底面向下凸出于所述冷却台的底面；通过在冷却台上阵列布设多个具有冷却通道的冷却模块，进而实现冷却工件上表面的目的，提高工件上表面的冷却效率，并且通过对打印工件的上表面进行冷却，使得工件上表面的热量可以在传递到工件其他部位前就可以完成冷却工序，从而有效减少对其他已完成打印工序的工件区域的工艺温度的影响，进而确保了产品质量，并且冷却液不直接与工件接触，起到有效保护工件的金属性能的作用，避免产生产品缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种增材工件点阵循环冷却机构。
背景技术
增材制造中高的热输入造成工件快速升温，特别是工件上表面的温度，因为金属增材制造主流方法是根据所获取的目标产品的切片模型来进行分层堆积的，所以在制造过程中上表面均为当前加工面，是整个工件的最高温度面。而为了保证产品质量，工件需保持一相对稳定的温度水平，现有生产过程中主要使用停机等待自然冷却方式，冷却效率低，影响制造效率；使用水冷可有效提高冷却效率，但部分材质抗氧化性不佳不适合进行直接水冷，或不可控的直接水冷会造成降温过快，产生产品缺陷，打印工件上表面在堆焊过程中的输入热量如不及时排除，传导到打印设备零部件上，会让零件长期工作在高温状态，影响使寿命及加工精度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种增材工件点阵循环冷却机构，通过在冷却台上阵列布设多个具有冷却通道的冷却模块，并使冷却模块的底部与工件上表面相接触，在进行工件上表面的冷却操作时，只需往冷却通道内通入循环冷却液，使得冷却模块可以与工件上表面进行热交换，进而实现冷却工件上表面的目的，提高工件上表面的冷却效率，并且通过对打印工件的上表面进行冷却，使得工件上表面的热量可以在传递到工件其他部位前完成冷却，从而有效减少对其他已完成打印工序的工件区域的工艺温度的影响，进而确保了产品质量。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种增材工件点阵循环冷却机构，包括冷却台，所述冷却台上设有用于冷却工件上表面的冷却模块，所述冷却模块内部设有供冷却液流通的冷却通道，所述冷却模块与工件上表面相接触的底面向下凸出于所述冷却台的底面，通过冷却模块对温度最高的工件上表面进行接触式冷却，使工件上表面的温度在传递到工件其他部位前完成冷却，起到有效降低对已完成打印工序的区域的工艺温度的影响，在实现冷却工件上表面目的的同时，还保证了工件打印过程中的工艺性，并且在这个接触式的冷却过程中，冷却液不直接与工件上表面直接接触，还起到有效保护工件的金属性能的作用，避免产生产品缺陷。
进一步的，所述冷却台上设有若干个通孔，若干所述通孔上均活动设置有所述冷却模块。
进一步的，若干个所述冷却模块的冷却通道之间依次通过软管串联接通。
进一步的，若干通孔和所述冷却模块在所述冷却台上呈阵列分布。
进一步的，所述冷却模块包括冷却座和密封安装在所述冷却座上的顶盖，所述冷却通道位于所述冷却座上，所述顶盖上设有进液孔和出液孔，所述进液孔和所述出液孔均连通所述冷却通道。
进一步的，所述冷却通道在所述冷却座上呈S字型或U字型设置。
进一步的，还包括第一弹簧片，所述第一弹簧片的固定端固定设置在所述冷却台上，所述第一弹簧片的游离端连接所述冷却模块的顶部。
进一步的，所述冷却模块上设有用于测量工件表面温度的测温探头，所述冷却座和所述顶盖上均设有相连通的测温孔，所述测温探头活动设置在所述测温孔上，所述顶盖上设有第二弹簧片，所述第二弹簧片的固定端固定设置在所述顶盖上，所述第二弹簧片的游离端连接所述测温探头的顶部。
进一步的，所述测温孔上设有防漏密封圈，防漏密封圈可以起到防止冷却液从测温孔中泄漏出来的作用。
进一步的，所述冷去座上设有密封槽，所述密封槽上设有环形密封圈，所述顶盖通过螺栓固定安装在所述冷却座上。
进一步的，还包括架设于增材打印工作台上方一侧的机架，所述冷却台通过安装板安装在所述机架上，所述机架上设有平移滑轨，所述安装板与所述平移滑轨滑动连接，所述安装板与所述机架之间设有平移气缸，所述安装板与所述冷却台之间安装有升降气缸。
本发明的有益效果：通过在冷却台上阵列布设多个具有冷却通道的冷却模块，并使冷却模块的底部与工件上表面相接触，在进行工件上表面的冷却操作时，只需往冷却通道内通入循环冷却液，使得冷却模块可以与工件上表面进行热交换，进而实现冷却工件上表面的目的，提高工件上表面的冷却效率，有效降低对已完成打印工序的区域的工艺温度的影响，冷却过程中冷却液不与工件表面接触，起到有效保护工件的金属性能的作用，避免产生产品缺陷，采用阵列式即点阵的冷却方式，实现了可同时对存在不同高度差的工件上表面进行冷却操作的目的，提高了适应性，每个冷却模块上都相应的安装有测温探头，可以起到对工件上表面进行多点测温操作的作用，对工件的上表面进行多点测温，就能够实现对工件的精准测温的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种增材工件点阵循环冷却机构的结构示意图；
图2为本发明一种增材工件点阵循环冷却机构第一视角下的结构示意图；
图3为冷却台底部的结构示意图；
图4为图2中A部分的局部放大图；
图5为冷却模块的结构示意图；
图6为冷却模块的爆炸示意图；
图7为冷却模块另一视角下的结构示意图。
附图标识：1、冷却台；2、冷却模块；3、冷却通道；4、第一弹簧片；5、软管；6、冷却座；7、顶盖；8、进液孔；9、出液孔；10、测温探头；11、测温孔；12、第二弹簧片；13、环形密封圈；14、机架；15、安装板；16、平移滑轨；17、平移气缸；18、升降气缸；19、底板；20、进液管；21、出液管；22、防漏密封圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1至图7，一种增材工件点阵循环冷却机构，包括冷却台1，冷却台1上设有用于冷却工件上表面的冷却模块2，冷却模块2内部设有供外部冷却系统的冷却液流通的冷却通道3，冷却模块2的底部与工件上表面相接触，在进行工件上表面的冷却操作时，只需往冷却通道3内通入循环冷却液，使得冷却模块2可以与工件上表面进行热交换，以实现冷却工件上表面的目的，提高工件上表面的冷却效率，冷却模块2与工件上表面相接触的底面凸出于冷却台1的底面，由于冷却模块2的底面向下凸出于冷却台1的底面，因此在将冷却台1移动至工件上表面时，可以使冷却模块2与工件的上表面充分接触，确保能够实现充分接触以进行高效冷却的目的，通过冷却模块对温度最高的工件上表面进行接触式冷却，使工件上表面的温度在传递到工件其他部位前就可以完成冷却操作，起到有效降低对已完成打印工序的区域的工艺温度的影响，在实现冷却工件上表面目的的同时，还保证了工件打印过程中的工艺性，并且在这个接触式的冷却过程中，冷却液不直接与工件上表面直接接触，还起到有效保护工件的金属性能的作用，避免产生产品缺陷。
具体的，冷却台1上设有若干个通孔，若干通孔上均活动设置有上述冷却模块2，其中，通孔贯穿冷却台的上下表面，通孔用于安装放置冷却模块2，以实现冷却模块2能够接触工件上表面的目的，由于增材打印工件的过程中，工件的上表面会相对粗糙和不平整，因此，为了使工件上表面与冷却模块2之间能够有尽可能多的接触面，以实现进一步提高冷却效率的目的，在本实施例中，在冷却台1上设计多个用于安装冷却模块2的通孔，通过将多个冷却模块2均匀分布在冷却台1的不同位置，当工件需要进行冷却操作时，移动冷却台1至工件的上表面上，由于各个冷却模块2分别活动设置在相应的通孔上，且各个冷却模块2相互之间的上行或下降的活动不受其他冷却模块2的干扰，因而当遇到高度位置有相对落差的工件上表面时，相应的冷却模块2就可以在自身重力或其他外加推动力的作用下与该工件相应的上表面接触以进行接触冷却操作，实现了可同时对存在不同高度差的工件上表面进行冷却操作的目的，提高了适应性。
优选的，还包括第一弹簧片4，第一弹簧片4的固定端固定设置在冷却台1上，第一弹簧片4的游离端连接冷却模块2的顶部，具体的，第一弹簧4的游离端与冷却模块2的顶部固定连接，以实现将冷却模块2安装在通孔上的目的，又由于第一弹簧4本身具有弹性，进而实现冷却模块2可活动的安装在通孔上目的，并且相应的，在与工件上表面进行接触冷却时，第一弹簧4也实现了为冷却模块2提供向下的压紧力的作用，使冷却模块2能够与工件上表面充分接触。
进一步的，若干个冷却模块2的冷却通道3之间依次通过软管5串联接通，即各个冷却模块2之间通过软管5实现串接，如此就可以实现将所有冷却模块2串联成一个完整的冷却系统的目的，并且，只需通过将串联形成的冷却系统内的位于首尾的两个冷却模块2分别连通外部冷却系统的进液管20和出液管21，就可以实现循环冷却的目的，以便于快速的将高温冷却液输出冷却通道3，并及时的输入低温冷却液，提高热交换效率。
优选的，若干通孔和冷却模块2在冷却台1上呈阵列分布，可以实现均匀冷却工件上表面的目的。
具体的，冷却模块2包括冷却座6和密封安装在冷却座6上的顶盖7，冷却通道3位于冷却座6上，冷却座6的底面用于与工件上表面接触，将冷却通道3设置在冷却座6上，可以提高热交换效率，提升冷却效果，顶盖7上设有进液孔8和出液孔9，进液孔8和出液孔9均连通冷却通道3，进液孔8和出液孔9用于安装连接软管5，在具体的串联接通方式上，本实施例中，随意一个冷却模块2的出液孔9和与其相邻的一个冷却模块2的进液孔8之间通过软管5实现连接，即可实现将所有冷却模块2都串联接通起来的目的。
优选的，冷却通道3在冷却座6上呈S字型或U字型设置，能够起到扩大热交换时的接触面积的作用，提高热交换效率。
作为本实施例的优选方案，冷却模块2上设有用于测量工件表面温度的测温探头10，冷却座6和顶盖7上均设有相连通的测温孔11，顶盖7安装在冷却座6上时，顶盖7上的测温孔11与冷却座6上的测温孔11相对应连通，测温探头10活动设置在测温孔11上，顶盖7上设有第二弹簧片12，第二弹簧片12的固定端固定设置在顶盖7上，第二弹簧片12的游离端连接测温探头10的顶部，具体的，第二弹簧12的游离端与测温探头10的顶部固定连接，以实现将测温探头10活动安装在测温孔11上的目的，此外，进一步的，测温探头10的底部向下凸出于冷却座6的底部，使得当冷却模块2与工件表面相接触的时候，且由于第二弹簧本身具有弹性，因而测温探头10能够实现与工件表面充分接触的目的，进而实现准确测温的目的，并且在冷却台1上以均匀阵列布设的方式安装有多个冷却模块2，并且每个冷却模块2上都相应的安装有测温探头10，如此的话，就可以起到对工件上表面进行多点测温操作的作用，对工件的上表面进行多点测温，就能够实现对工件的精准测温的目的。
优选的，冷却座6上设有密封槽，密封槽上设有环形密封圈13，冷却通道3设置在位于环形密封圈13内侧的冷却座6上，顶盖7通过螺栓固定安装在冷却座6上，以实现顶盖7与冷却座6之间的密封安装的目的。
此外，测温孔11上设有防漏密封圈22，防漏密封圈22可以起到防止冷却液从测温孔11中泄漏出来的作用。
进一步的，由于在增材堆焊打印工件的时候是不需要进行冷却操作的，在完成一道或多道打印层之后，工件表面才需要进行冷却操作，因此为了实现该点阵循环冷却机构能够适应增材打印设备的目的，在本实施例中，该点阵循环冷却机构还包括架设于增材打印工作台上方一侧的机架14，其中，增材打印工作台为增材打印设备中用于工件增材堆焊用的工作基台，冷却台1通过安装板15安装在机架14上，机架14上设有平移滑轨16，安装板15与平移滑轨16滑动连接，其中，在滑动连接的具体方式上，在安装板15上设置安装与平移滑轨16相适配的滑块即可，安装板15与机架14之间设有平移气缸17，其中平移气缸17的缸体安装在安装板15上，平移气缸17的活塞杆与机架14连接，以实现平移冷却台1的目的，安装板15与冷却台1之间安装有升降气缸18，其中，升降气缸18的缸体安装在安装板15底部的底板19上，升降气缸18的活塞杆与冷却台1连接，以实现升降冷却台1的目的。
工作原理：当需要进行冷却操作时，通过控制平移气缸17，推动安装板15在平移滑轨16的上移动，由于冷却台1通过升降气缸18安装在安装板15上，进而可以实现将冷却台1移动到工件上方的目的，然后驱动升降气缸18，下放冷却台1，使冷却台1能够将冷却模块2下压至与工件上表面充分接触的位置处，接下来往冷却通道3中通入冷却液即可进行工件表面冷却操作。
本实施例的有益效果：通过在冷却台上阵列布设多个具有冷却通道的冷却模块，并使冷却模块的底部与工件上表面相接触，在进行工件上表面的冷却操作时，只需往冷却通道内通入循环冷却液，使得冷却模块可以与工件上表面进行热交换，进而实现冷却工件上表面的目的，提高工件上表面的冷却效率，有效降低对已完成打印工序的区域的工艺温度的影响，冷却过程中冷却液不与工件表面接触，起到有效保护工件的金属性能的作用，避免产生产品缺陷，采用阵列式即点阵的冷却方式，实现了可同时对存在不同高度差的工件上表面进行冷却操作的目的，提高了适应性，每个冷却模块上都相应的安装有测温探头，可以起到对工件上表面进行多点测温操作的作用，对工件的上表面进行多点测温，就能够实现对工件的精准测温的目的。
需要说明的是，当一个元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“元件Ⅰ”、“元件Ⅱ”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“元件Ⅰ”、“元件Ⅱ”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种增材工件点阵循环冷却机构，其特征在于，包括冷却台，所述冷却台上设有用于冷却工件上表面的冷却模块，所述冷却模块内部设有供冷却液流通的冷却通道，所述冷却模块与工件上表面相接触的底面向下凸出于所述冷却台的底面。
2.根据权利要求1所述的一种增材工件点阵循环冷却机构，其特征在于，所述冷却台上设有若干个通孔，若干所述通孔上均活动设置有所述冷却模块。
3.根据权利要求2所述的一种增材工件点阵循环冷却机构，其特征在于，若干个所述冷却模块的冷却通道之间依次通过软管串联接通。
4.根据权利要求2所述的一种增材工件点阵循环冷却机构，其特征在于，若干通孔和所述冷却模块在所述冷却台上呈阵列分布。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种增材工件点阵循环冷却机构，其特征在于，所述冷却模块包括冷却座和密封安装在所述冷却座上的顶盖，所述冷却通道位于所述冷却座上，所述顶盖上设有进液孔和出液孔，所述进液孔和所述出液孔均连通所述冷却通道。
6.根据权利要求5所述的一种增材工件点阵循环冷却机构，其特征在于，所述冷却通道在所述冷却座上呈S字型或U字型设置。
7.根据权利要求1所述的一种增材工件点阵循环冷却机构，其特征在于，还包括第一弹簧片，所述第一弹簧片的固定端固定设置在所述冷却台上，所述第一弹簧片的游离端连接所述冷却模块的顶部。
8.根据权利要求5所述的一种增材工件点阵循环冷却机构，其特征在于，所述冷却模块上设有用于测量工件表面温度的测温探头，所述冷却座和所述顶盖上均设有相连通的测温孔，所述测温探头活动设置在所述测温孔上，所述顶盖上设有第二弹簧片，所述第二弹簧片的固定端固定设置在所述顶盖上，所述第二弹簧片的游离端连接所述测温探头的顶部。
9.根据权利要求5所述的一种增材工件点阵循环冷却机构，其特征在于，所述冷去座上设有密封槽，所述密封槽上设有环形密封圈，所述顶盖通过螺栓固定安装在所述冷却座上。
10.根据权利要求1所述的一种增材工件点阵循环冷却机构，其特征在于，还包括架设于增材打印工作台上方一侧的机架，所述冷却台通过安装板安装在所述机架上，所述机架上设有平移滑轨，所述安装板与所述平移滑轨滑动连接，所述安装板与所述机架之间设有平移气缸，所述安装板与所述冷却台之间安装有升降气缸。
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