CN113102779B - 一种超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置 - Google Patents

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Abstract

一种超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，涉及一种超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置。装置由超声振子、超声振子升降机构和沉积基板构成；超声振子升降机构由数个超声振子固定立板、超声振子固定底板、剪叉式升降支撑架、底座、固定侧板、滑孔、滑块、丝杠、步进电机和横杆构成。本发明在激光熔化沉积成形过程中借助超声场辅助提高了激光熔化沉积成形所制得的材料的力学性能，超声振子下方的升降系统使得超声振子的高度可以随着沉积零件的升高而同步升高，能够为沉积过程提供持续而稳定的超声场。本发明适用于金属材料超声辅助激光熔化沉积。

Description

一种超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置
技术领域
本发明涉及一种超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置。
背景技术
激光熔化沉积技术作为一种先进的金属材料成形方式，采用与传统减材成形方式截然相反的增材成形方式，不但节约了材料成本，而且提高了金属零件成形速度。采用激光熔化沉积技术成形的金属零件具有多种优异性能，已经被广泛应用于航空航天、交通运输、生物医疗等领域。
然而，激光熔化沉积技术成形的金属材料内部存在十分明显的织构现象，这些强织构的存在使得金属材料的性能表现出明显的各向异性特征，在垂直于织构方向上，金属材料的力学性能会发生急剧下降。相关研究表明，激光熔化沉积技术成形的金属材料内部表现出强织构现象是因为沉积过程中沿沉积方向形成了尺寸较大的柱状晶。为了消除强织构现象，需要从根本上减小柱状晶尺寸，甚至消除柱状晶。
发明内容
本发明为了解决现有金属材料的激光熔化沉积成形过程中、沿沉积方向形成的尺寸较大的柱状晶造成材料的力学性能下降的问题，提出一种超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置。
本发明超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置由超声振子、超声振子升降机构和沉积基板构成；超声振子升降机构由数个超声振子固定立板、超声振子固定底板、剪叉式升降支撑架、底座、固定侧板、滑孔、滑块、丝杠、步进电机和横杆构成；沉积基板设置在超声振子的一侧；超声振子固定底板水平设置，超声振子固定立板上设置有安装通孔，数个超声振子固定立板并列设置在超声振子固定底板的上表面，数个超声振子固定立板上的安装通孔同心设置，超声振子设置在数个超声振子固定立板的安装通孔内；底座和超声振子固定底板之间设置有两个并列的剪叉式升降支撑架；剪叉式升降支撑架由数个支撑臂组构成，每个支撑臂组由两个交叉的支撑臂构成，两个交叉的支撑臂中部铰接，每个支撑臂组中的支撑臂的端部与相邻的支撑臂组中的支撑臂的端部铰接；剪叉式升降支撑架上端的两个支撑臂的端部分别设置有垂直于支撑臂的立柱；超声振子固定底板的底面上开有两个平行的滑槽，每个滑槽下设置有一个剪叉式升降支撑架、且剪叉式升降支撑架的立柱的上端设置在滑槽内；两个固定侧板平行设置在底座上表面两个剪叉式升降支撑架的两侧，固定侧板上沿长度方向设置有滑孔；底座上表面两个固定侧板之间设置有步进电机，步进电机的动力输出轴上连接有丝杠，丝杠上套设有滑块，丝杠与滑块为螺纹配合，滑块的两个侧壁分别设置有横杆，横杆与丝杠垂直，横杆一端与滑块的侧壁固接，横杆另一端穿过滑孔设置；剪叉式升降支撑架中最下端的其中一个支撑臂的端部与横杆铰接；剪叉式升降支撑架中最下端的另一个支撑臂的端部与固定侧板铰接。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过在沉积基板侧面设置超声振子，将沉积基板笼罩在超声场内，在激光熔化沉积成形过程中，借助超声场辅助优化了沉积面表面形貌、破碎了沉积材料内部柱状晶、消除了激光熔化沉积成形在金属材料内部的强织构、消除了内部孔洞缺陷，提高了激光熔化沉积成形所制得的材料的力学性能。
2、本发明通过在超声振子下方设置升降系统，使得超声振子的高度可以随着沉积零件的升高而同步升高，时刻保持当前沉积面处于超声振子产生的超声场中央，能够为沉积过程提供持续而稳定的超声场。
附图说明
图1为实施例1中超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置的结构示意图；
图2为图1的左视图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置由超声振子1、超声振子升降机构和沉积基板14构成；超声振子升降机构由数个超声振子固定立板2、超声振子固定底板3、剪叉式升降支撑架4、底座7、固定侧板8、滑孔9、滑块10、丝杠11、步进电机12和横杆13构成；沉积基板14设置在超声振子1的一侧；超声振子固定底板3水平设置，超声振子固定立板2上设置有安装通孔，数个超声振子固定立板2并列设置在超声振子固定底板3的上表面，数个超声振子固定立板2上的安装通孔同心设置，超声振子1设置在数个超声振子固定立板2的安装通孔内；底座7和超声振子固定底板3之间设置有两个并列的剪叉式升降支撑架4；剪叉式升降支撑架4由数个支撑臂组构成，每个支撑臂组由两个交叉的支撑臂5构成，两个交叉的支撑臂5中部铰接，每个支撑臂组中的支撑臂5的端部与相邻的支撑臂组中的支撑臂5的端部铰接；剪叉式升降支撑架4上端的两个支撑臂5的端部分别设置有垂直于支撑臂5的立柱17；超声振子固定底板3的底面上开有两个平行的滑槽16，每个滑槽16下设置有一个剪叉式升降支撑架4、且剪叉式升降支撑架4的立柱17的上端设置在滑槽16内；两个固定侧板8平行设置在底座7上表面两个剪叉式升降支撑架4的两侧，固定侧板8上沿长度方向设置有滑孔9；底座7上表面两个固定侧板8之间设置有步进电机12，步进电机12的动力输出轴上连接有丝杠11，丝杠11上套设有滑块10，丝杠11与滑块10为螺纹配合，滑块10的两个侧壁分别设置有横杆13，横杆13与丝杠11垂直，横杆13一端与滑块10的侧壁固接，横杆13另一端穿过滑孔9设置；剪叉式升降支撑架4中最下端的其中一个支撑臂5的端部与横杆13铰接；剪叉式升降支撑架4中最下端的另一个支撑臂5的端部与固定侧板8铰接。
本实施方式具备以下有益效果：
1、本实施方式通过在沉积基板侧面设置超声振子，将沉积基板笼罩在超声场内，在激光熔化沉积成形过程中，借助超声场辅助优化了沉积面表面形貌、破碎了沉积材料内部柱状晶、消除了激光熔化沉积成形在金属材料内部的强织构、消除了内部孔洞缺陷，提高了激光熔化沉积成形所制得的材料的力学性能。
2、本实施方式通过在超声振子下方设置升降系统，使得超声振子的高度可以随着沉积零件的升高而同步升高，时刻保持当前沉积面处于超声振子产生的超声场中央，能够为沉积过程提供持续而稳定的超声场。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的滑孔9外侧的横杆13的端部设置有限位块15。
具体实施方式三：本实施方式与体实施一或二不同的是：所述限位块15为圆形，限位块15的直径大于滑孔9的高度。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的步进电机12的壳体与底座7上表面通过螺栓连接。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的超声振子固定立板2的数量为2～4个。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的超声振子固定立板2的数量为3个。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的立柱17的上端为弧面。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述的超声振子固定立板2与超声振子1之间采用焊接固定。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述的固定侧板8焊在底座7上表面。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述的丝杠11的端部与步进电机12的动力输出轴的端部焊接固定。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述限位块15与横杆13的端部为螺纹连接。
实施例1：
结合图1和2说明，本实施例超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置由超声振子1、超声振子升降机构和沉积基板14构成；超声振子升降机构由数个超声振子固定立板2、超声振子固定底板3、剪叉式升降支撑架4、底座7、固定侧板8、滑孔9、滑块10、丝杠11、步进电机12和横杆13构成；沉积基板14设置在超声振子1的一侧；超声振子固定底板3水平设置，超声振子固定立板2上设置有安装通孔，数个超声振子固定立板2并列设置在超声振子固定底板3的上表面，数个超声振子固定立板2上的安装通孔同心设置，超声振子1设置在数个超声振子固定立板2的安装通孔内；底座7和超声振子固定底板3之间设置有两个并列的剪叉式升降支撑架4；剪叉式升降支撑架4由数个支撑臂组构成，每个支撑臂组由两个交叉的支撑臂5构成，两个交叉的支撑臂5中部铰接，每个支撑臂组中的支撑臂5的端部与相邻的支撑臂组中的支撑臂5的端部铰接；剪叉式升降支撑架4上端的两个支撑臂5的端部分别设置有垂直于支撑臂5的立柱17；超声振子固定底板3的底面上开有两个平行的滑槽16，每个滑槽16下设置有一个剪叉式升降支撑架4、且剪叉式升降支撑架4的立柱17的上端设置在滑槽16内；所述的立柱17的上端为弧面；两个固定侧板8平行设置在底座7上表面两个剪叉式升降支撑架4的两侧，固定侧板8上沿长度方向设置有滑孔9；底座7上表面两个固定侧板8之间设置有步进电机12，步进电机12的动力输出轴上连接有丝杠11，丝杠11上套设有滑块10，丝杠11与滑块10为螺纹配合，滑块10的两个侧壁分别设置有横杆13，横杆13与丝杠11垂直，横杆13一端与滑块10的侧壁固接，横杆13另一端穿过滑孔9设置；剪叉式升降支撑架4中最下端的其中一个支撑臂5的端部与横杆13铰接；剪叉式升降支撑架4中最下端的另一个支撑臂5的端部与固定侧板8铰接。
所述的滑孔9外侧的横杆13的端部设置有限位块15；所述限位块15为圆形，限位块15的直径大于滑孔9的高度；所述的步进电机12的壳体与底座7上表面通过螺栓连接；所述的超声振子固定立板2的数量为3个。所述的超声振子固定立板2与超声振子1之间采用焊接固定；所述的固定侧板8焊在底座7上表面；所述的丝杠11的端部与步进电机12的动力输出轴的端部焊接固定。
本实施例通过在沉积基板侧面设置超声振子，将沉积基板笼罩在超声场内，在激光熔化沉积成形过程中，借助超声场辅助优化了沉积面表面形貌、破碎了沉积材料内部柱状晶、消除了激光熔化沉积成形在金属材料内部的强织构、消除了内部孔洞缺陷，提高了激光熔化沉积成形所制得的材料的力学性能。
本实施例通过在超声振子下方设置升降系统，使得超声振子的高度可以随着沉积零件的升高而同步升高，时刻保持当前沉积面处于超声振子产生的超声场中央，能够为沉积过程提供持续而稳定的超声场。

Claims (11)

1.一种超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置由超声振子(1)、超声振子升降机构和沉积基板(14)构成；超声振子升降机构由数个超声振子固定立板(2)、超声振子固定底板(3)、剪叉式升降支撑架(4)、底座(7)、固定侧板(8)、滑孔(9)、滑块(10)、丝杠(11)、步进电机(12)和横杆(13)构成；沉积基板(14)设置在超声振子(1)的一侧；超声振子固定底板(3)水平设置，超声振子固定立板(2)上设置有安装通孔，数个超声振子固定立板(2)并列设置在超声振子固定底板(3)的上表面，数个超声振子固定立板(2)上的安装通孔同心设置，超声振子(1)设置在数个超声振子固定立板(2)的安装通孔内；底座(7)和超声振子固定底板(3)之间设置有两个并列的剪叉式升降支撑架(4)；剪叉式升降支撑架(4)由数个支撑臂组构成，每个支撑臂组由两个交叉的支撑臂(5)构成，两个交叉的支撑臂(5)中部铰接，每个支撑臂组中的支撑臂(5)的端部与相邻的支撑臂组中的支撑臂(5)的端部铰接；剪叉式升降支撑架(4)上端的两个支撑臂(5)的端部分别设置有垂直于支撑臂(5)的立柱(17)；超声振子固定底板(3)的底面上开有两个平行的滑槽(16)，每个滑槽(16)下设置有一个剪叉式升降支撑架(4)、且剪叉式升降支撑架(4)的立柱(17)的上端设置在滑槽(16)内；两个固定侧板(8)平行设置在底座(7)上表面两个剪叉式升降支撑架(4)的两侧，固定侧板(8)上沿长度方向设置有滑孔(9)；底座(7)上表面两个固定侧板(8)之间设置有步进电机(12)，步进电机(12)的动力输出轴上连接有丝杠(11)，丝杠(11)上套设有滑块(10)，丝杠(11)与滑块(10)为螺纹配合，滑块(10)的两个侧壁分别设置有横杆(13)，横杆(13)与丝杠(11)垂直，横杆(13)一端与滑块(10)的侧壁固接，横杆(13)另一端穿过滑孔(9)设置；剪叉式升降支撑架(4)中最下端的其中一个支撑臂(5)的端部与横杆(13)铰接；剪叉式升降支撑架(4)中最下端的另一个支撑臂(5)的端部与固定侧板(8)铰接。
2.根据权利要求1所述的超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：所述的滑孔(9)外侧的横杆(13)的端部设置有限位块(15)。
3.根据权利要求1所述的超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：限位块(15)为圆形，限位块(15)的直径大于滑孔(9)的高度。
4.根据权利要求1所述的超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：所述的步进电机(12)的壳体与底座(7)上表面通过螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：所述的超声振子固定立板(2)的数量为2～4个。
6.根据权利要求1所述的超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：所述的超声振子固定立板(2)的数量为3个。
7.根据权利要求1所述的超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：所述的立柱(17)的上端为弧面。
8.根据权利要求1所述的超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：所述的超声振子固定立板(2)与超声振子(1)之间采用焊接固定。
9.根据权利要求1所述的超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：所述的固定侧板(8)焊在底座(7)上表面。
10.根据权利要求1所述的超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：所述的丝杠(11)的端部与步进电机(12)的动力输出轴的端部焊接固定。
11.根据权利要求2所述的超声辅助激光熔化沉积成形同步加载装置，其特征在于：所述限位块(15)与横杆(13)的端部为螺纹连接。
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