CN116000631A - 一种多工序复合电弧增材制造装置及方法 - Google Patents
一种多工序复合电弧增材制造装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116000631A CN116000631A CN202310061152.1A CN202310061152A CN116000631A CN 116000631 A CN116000631 A CN 116000631A CN 202310061152 A CN202310061152 A CN 202310061152A CN 116000631 A CN116000631 A CN 116000631A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- additive manufacturing
- module
- temperature
- ultrasonic impact
- arc additive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Forging (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多工序复合电弧增材制造装置及方法，涉及增材制造技术领域。该装置包括电磁辅助电弧增材制造模块、机械滚压细晶模块、超声冲击去应力模块、电刷表面清理模块和工件温控模块。该方法包括以下步骤：多工序路径规划与制造准备；超声冲击与电刷基板；电磁搅拌熔池辅助电弧增材制造，同步在高温锻造区进行机械滚压；超声冲击与电刷当前低温态已成形道次；重复上述步骤直至工件完成制造。本发明功能完备，工序合理，成本低，可满足不同辅助工序任意组合后的无干涉独立轨迹运行，有效解决了电弧增材制造冶金缺陷消除、晶粒细化、残余应力减少、综合性能提升的问题。实施过程中具有通用性，针对不同的工件材料和尺寸均可使用。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体为一种多工序复合电弧增材制造装置及方法。
背景技术
电弧增材制造技术采用电弧熔丝“自下而上”逐层堆积成形实体构件，具有沉积效率高、制造成本低、构件致密度高等优势，可与激光/电子束增材制造技术实现优势互补。然而，单一电弧熔丝过程中，由气体、水分、油渍等杂质卷入熔池引起的气孔、夹杂与表面质量差等缺陷，由逐层堆积热累积导致的晶粒粗大与组织不均匀等冶金缺陷，由周期性急热急冷引入的非均匀温度场导致的残余应力、变形累积尺寸误差甚至开裂等缺陷，影响了其在高端零部件生产制造中的应用。针对上述问题，众多学者开展了工艺参数优化、异质元素添加、后热处理及过程中辅助能场如电磁搅拌、超声冲击、激光冲击、冷轧、热锻等研究，具有一定效果，但均存在局限性。例如，单纯工艺参数优化与后热处理并未彻底改变铸态组织，细晶异质元素的加入会出现材料不匹配问题，电磁搅拌、超声冲击、激光冲击晶粒细化程度不足，冷轧变形抗力大与适应性差，热锻并未改变残余应力整体分布等。即过程纯热端工艺辅助易消除组织缺陷但难以消除残余应力，过程纯冷端工艺辅助易消除残余应力但塑性变形抗力大，整体后处理难以消除已有过程中翘曲变形及冶金缺陷。
发明内容
鉴于现有技术中存在的电弧增材制造冶金缺陷消除、晶粒细化、残余应力减少、综合性能提升问题，本发明公开了一种多工序复合电弧增材制造装置。
采用的技术方案是，包括六轴机械臂、三轴龙门运动机构、两轴转台和工件基板，所述两轴转台与所述工件基板之间设有工件温控模块，所述工件基板上还设有工件，所述两轴转台周边还设有所述六轴机械臂和所述三轴龙门运动机构，所述六轴机械臂上设有电磁辅助电弧增材制造模块，所述三轴龙门运动机构上还设有滑台一和滑台二，机械滚压细晶模块通过所述滑台一连接在三轴龙门运动机构的Z1轴末端，超声冲击去应力模块通过所述滑台二连接在三轴龙门运动机构的Z2轴末端，所述超声冲击去应力模块上还设有电刷表面清理模块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电磁辅助电弧增材制造模块包括MIG焊枪和附带纵向磁场线圈的水冷枪套，所述MIG焊枪安装在六轴机械臂末端，所述水冷枪套套设在所述MIG焊枪上。
作为本发明的一种优选技术方案，所述机械滚压细晶模块包括传力杆、压力传感器一和滚轮，所述传力杆上设有所述压力传感器一，所述滚轮转动连接在所述传力杆上。
作为本发明的一种优选技术方案，所述超声冲击去应力模块包括超声冲击枪、安装架、回转支撑、驱动齿轮和伺服电机一，所述超声冲击枪与所述滑台二连接，所述超声冲击枪上还设有所述回转支撑，所述回转支撑上连接有所述安装架，所述安装架在所述驱动齿轮和所述伺服电机一的驱动下，能够围绕所述超声冲击枪同轴旋转。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电刷表面清理模块包括旋转电刷、压力传感器二、滑台三、导轨、丝杆和伺服电机二，所述导轨与所述安装架连接，所述导轨上滑动连接有所述滑台三，所述滑台三由所述伺服电机二通过所述丝杆驱动，所述滑台三上还设有所述压力传感器二和所述旋转电刷。
作为本发明的一种优选技术方案，所述工件温控模块为带多路测温仪的电磁加热板、电阻加热板、水冷板中的一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述三轴龙门运动机构的X轴包括左右两横梁，Y轴跨在X轴的两横梁上，且Y轴上设置Z1与Z2同侧双升降主轴头。
作为本发明的一种优选技术方案，所述工件附近还设有红外热像仪进行实时测温。
一种多工序复合电弧增材制造方法，包括以下步骤：
S1，多工序路径规划与制造平台准备，工件基板温控至指定温度；
S2，开启预设轨迹超声冲击与电刷，对基板进行预处理，提供初始预压应力；
S3，开启电磁搅拌熔池辅助预设轨迹电弧增材制造，同步在高温锻造区进行同轨迹机械滚压；
S4，开启预设轨迹超声冲击与电刷，对当前低温态已成形道次进行降残余应力冲击与表面氧化杂质清理；
S5，重复步骤S3与S4直至工件完成制造。
作为本发明的一种优选技术方案，电弧增材与机械滚压同步进行，所述超声冲击与电刷同步进行，且高温机械滚压后再独立进行低温超声冲击。
作为本发明的一种优选技术方案，电磁搅拌在起弧后开启且在熄弧前关闭，通过前期熔池稳定性试验与金相测试确定匹配的磁场强度与磁场频率。
作为本发明的一种优选技术方案，机械滚压与电弧增材互不干涉，通过前期热模拟压缩试验及仿真结合确定匹配的滚轮形状、变形量、变形温度及变形速率，制造过程中红外热像仪在线监控工件高温锻造温度进行实时滚压位置调整。
作为本发明的一种优选技术方案，超声冲击通过前期应力消除试验确定匹配的冲击头形状、冲击功率、冲击频率及冲击振幅，制造过程中通过红外热像仪在线监控工件低温冲击温度进行启动。
本发明的有益效果：本发明结合纵向磁场搅拌、高温机械滚压、低温超声冲击与电刷各工序优势，装置功能完备，工序合理，成本低，可满足不同辅助工序任意组合后的无干涉独立轨迹运行，有效解决了电弧增材制造冶金缺陷消除、晶粒细化、残余应力减少、综合性能提升的问题。实施过程中具有通用性，针对不同的工件材料和尺寸均可使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明电磁搅拌与同步热锻装置结构示意图；
图2为本发明超声冲击与同步电刷装置结构示意图；
图3为本发明热锻与超声冲击装置结构示意图。
图中：1、六轴机械臂；2、三轴龙门运动机构；21、滑台一；22、滑台二；3、电磁辅助电弧增材制造模块；31、MIG焊枪；32、水冷枪套；4、机械滚压细晶模块；41、传力杆；42、压力传感器一；43、滚轮；5、超声冲击去应力模块；51、超声冲击枪；52、安装架；53、回转支撑；54、驱动齿轮；55、伺服电机一；6、电刷表面清理模块；61、旋转电刷；62、压力传感器二；63、滑台三；64、导轨；65、丝杆；66、伺服电机二；7、两轴转台；8、工件温控模块；9、工件基板；10、工件。
具体实施方式
实施例1
如图1至图3所示，本发明公开了一种多工序复合电弧增材制造装置，采用的技术方案是，包括六轴机械臂1、三轴龙门运动机构2、两轴转台7和工件基板9，所述两轴转台7与所述工件基板9之间设有工件温控模块8，所述工件温控模块8为带多路测温仪的电磁加热板，所述工件基板9上还设有工件10，所述工件10附近还设有红外热像仪进行实时测温，所述两轴转台7周边还设有所述六轴机械臂1和所述三轴龙门运动机构2，所述三轴龙门运动机构2的X轴包括左右两横梁，Y轴跨在X轴的两横梁上，且Y轴上设置Z1与Z2同侧双升降主轴头。
所述六轴机械臂1上设有电磁辅助电弧增材制造模块3，所述电磁辅助电弧增材制造模块3包括MIG焊枪31和附带纵向磁场线圈的水冷枪套32，所述MIG焊枪31安装在六轴机械臂1末端，所述水冷枪套32套设在所述MIG焊枪31上。
所述三轴龙门运动机构2上还设有滑台一21和滑台二22，机械滚压细晶模块4通过所述滑台一21连接在三轴龙门运动机构2的Z1轴末端，所述机械滚压细晶模块4包括传力杆41、压力传感器一42和滚轮43，所述传力杆41上设有所述压力传感器一42，所述滚轮43转动连接在所述传力杆41上。
超声冲击去应力模块5通过所述滑台二22连接在三轴龙门运动机构2的Z2轴末端，所述超声冲击去应力模块5包括超声冲击枪51、安装架52、回转支撑53、驱动齿轮54和伺服电机一55，所述超声冲击枪51与所述滑台二22连接，所述超声冲击枪51上还设有所述回转支撑53，所述回转支撑53上连接有所述安装架52，所述安装架52在所述驱动齿轮54和所述伺服电机一55的驱动下，能够围绕所述超声冲击枪51同轴旋转。
所述超声冲击去应力模块5上还设有电刷表面清理模块6，所述电刷表面清理模块6包括旋转电刷61、压力传感器二62、滑台三63、导轨64、丝杆65和伺服电机二66，所述导轨64与所述安装架52连接，所述导轨64上滑动连接有所述滑台三63，所述滑台三63由所述伺服电机二66通过所述丝杆65驱动，所述滑台三63上还设有所述压力传感器二62和所述旋转电刷61。
一种多工序复合电弧增材制造方法，包括以下步骤：
S1，多工序路径规划与殷瓦钢4J36制造平台准备，工件基板与丝材采用同材质，开启水冷机维持25℃；
S2，开启预设轨迹超声冲击与电刷，对基板进行预处理，提供初始预压应力，其中，冲击头采用与搭接焊道形状一致的弧形形成面接触，厚度3mm，超声功率1500W，超声频率20kHz，超声振幅50μm，316L不锈钢电刷压力100N；
S3，开启电磁搅拌熔池辅助预设轨迹电弧增材制造，同步在高温锻造区进行同轨迹机械滚压，其中，磁场强度10mT，磁场频率30Hz，电磁搅拌在起弧后0.5s开启且在熄弧前0.5s关闭，滚轮直径20mm，机械滚压温度900-950℃，机械滚压压力7000N，滚压位置通过红外热像仪在线监控工件高温锻造温度进行实时调整；
S4，开启预设轨迹超声冲击与电刷，对当前室温态已成形道次进行降残余应力冲击与表面氧化杂质清理；
S5，重复步骤S3与S4直至工件完成制造。
通过上述多工序复合电弧增材制造装置及方法制备的殷瓦钢4J36试板，无气孔与热裂纹等冶金缺陷，晶粒尺寸由毫米级细化至300μm以下，基板近无变形，抗拉强度提升70MPa以上，线膨胀系数(20～100℃)≤1.5×10-6/℃。
本发明涉及的电路和机械连接为本领域技术人员采用的惯用手段，可通过有限次试验得到技术启示，属于公知常识。
本文中未详细说明的部件为现有技术。
上述虽然对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种多工序复合电弧增材制造装置，其特征在于：包括六轴机械臂(1)、三轴龙门运动机构(2)、两轴转台(7)和工件基板(9)，所述两轴转台(7)与所述工件基板(9)之间设有工件温控模块(8)，所述工件基板(9)上还设有工件(10)，所述两轴转台(7)周边还设有所述六轴机械臂(1)和所述三轴龙门运动机构(2)，所述六轴机械臂(1)上设有电磁辅助电弧增材制造模块(3)，所述三轴龙门运动机构(2)上还设有滑台一(21)和滑台二(22)，机械滚压细晶模块(4)通过所述滑台一(21)连接在三轴龙门运动机构(2)的Z1轴末端，超声冲击去应力模块(5)通过所述滑台二(22)连接在三轴龙门运动机构(2)的Z2轴末端，所述超声冲击去应力模块(5)上还设有电刷表面清理模块(6)。
2.根据权利要求1所述的一种多工序复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述电磁辅助电弧增材制造模块(3)包括MIG焊枪(31)和附带纵向磁场线圈的水冷枪套(32)，所述MIG焊枪(31)安装在六轴机械臂(1)末端，所述水冷枪套(32)套设在所述MIG焊枪(31)上。
3.根据权利要求1所述的一种多工序复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述机械滚压细晶模块(4)包括传力杆(41)、压力传感器一(42)和滚轮(43)，所述传力杆(41)上设有所述压力传感器一(42)，所述滚轮(43)转动连接在所述传力杆(41)上。
4.根据权利要求1所述的一种多工序复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述超声冲击去应力模块(5)包括超声冲击枪(51)、安装架(52)、回转支撑(53)、驱动齿轮(54)和伺服电机一(55)，所述超声冲击枪(51)与所述滑台二(22)连接，所述超声冲击枪(51)上还设有所述回转支撑(53)，所述回转支撑(53)上连接有所述安装架(52)，所述安装架(52)在所述驱动齿轮(54)和所述伺服电机一(55)的驱动下，能够围绕所述超声冲击枪(51)同轴旋转。
5.根据权利要求4所述的一种多工序复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述电刷表面清理模块(6)包括旋转电刷(61)、压力传感器二(62)、滑台三(63)、导轨(64)、丝杆(65)和伺服电机二(66)，所述导轨(64)与所述安装架(52)连接，所述导轨(64)上滑动连接有所述滑台三(63)，所述滑台三(63)由所述伺服电机二(66)通过所述丝杆(65)驱动，所述滑台三(63)上还设有所述压力传感器二(62)和所述旋转电刷(61)。
6.根据权利要求1所述的一种多工序复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述工件温控模块(8)为带多路测温仪的电磁加热板、电阻加热板、水冷板中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种多工序复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述三轴龙门运动机构(2)的X轴包括左右两横梁，Y轴跨在X轴的两横梁上，且Y轴上设置Z1与Z2同侧双升降主轴头。
8.根据权利要求1所述的一种多工序复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述工件(10)附近还设有红外热像仪进行实时测温。
9.一种多工序复合电弧增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，多工序路径规划与制造平台准备，工件基板温控至指定温度；
S2，开启预设轨迹超声冲击与电刷，对基板进行预处理，提供初始预压应力；
S3，开启电磁搅拌熔池辅助预设轨迹电弧增材制造，同步在高温锻造区进行同轨迹机械滚压；
S4，开启预设轨迹超声冲击与电刷，对当前低温态已成形道次进行降残余应力冲击与表面氧化杂质清理；
S5，重复步骤S3与S4直至工件完成制造。
10.根据权利要求9所述的一种多工序复合电弧增材制造方法，其特征在于：所述电弧增材与机械滚压同步进行，所述超声冲击与电刷同步进行，且高温机械滚压后再独立进行低温超声冲击；所述电磁搅拌在起弧后开启且在熄弧前关闭，通过前期熔池稳定性试验与金相测试确定匹配的磁场强度与磁场频率；所述机械滚压与电弧增材互不干涉，通过前期热模拟压缩试验及仿真结合确定匹配的滚轮形状、变形量、变形温度及变形速率，制造过程中红外热像仪在线监控工件高温锻造温度进行实时滚压位置调整；超声冲击通过前期应力消除试验确定匹配的冲击头形状、冲击功率、冲击频率及冲击振幅，制造过程中通过红外热像仪在线监控工件低温冲击温度进行启动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310061152.1A CN116000631A (zh) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | 一种多工序复合电弧增材制造装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310061152.1A CN116000631A (zh) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | 一种多工序复合电弧增材制造装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116000631A true CN116000631A (zh) | 2023-04-25 |
Family
ID=86024784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310061152.1A Pending CN116000631A (zh) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | 一种多工序复合电弧增材制造装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116000631A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117182312A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-12-08 | 武汉茸烽智能装备有限公司 | 一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法 |
-
2023
- 2023-01-17 CN CN202310061152.1A patent/CN116000631A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117182312A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-12-08 | 武汉茸烽智能装备有限公司 | 一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法 |
| CN117182312B (zh) * | 2023-10-26 | 2024-05-17 | 武汉茸烽智能装备有限公司 | 一种同轴热丝辅助激光变形复合的增材制造装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6647520B1 (ja) | 二重ヘッドかつ両面の高効率撹拌摩擦溶接装置およびその溶接方法 | |
| WO2020062341A1 (zh) | 一种激光增材装置及其增材制造的方法 | |
| CN110117790B (zh) | 激光熔覆装置 | |
| CN110747459B (zh) | 机器人联动的激光熔覆复合激光锻造的双光束变向控制方法 | |
| CN116000631A (zh) | 一种多工序复合电弧增材制造装置及方法 | |
| CN103088336A (zh) | 应用于轧辊的激光熔覆方法 | |
| CN113943908B (zh) | 一种高频振动滚压强化激光熔覆层的装置及其使用方法 | |
| CN115287433A (zh) | 双金属复合管在线固溶装置及方法 | |
| CN101462122A (zh) | 一种用铸轧工艺生产铝基多金属复合材料的方法及设备 | |
| CN111926232A (zh) | 一种高熵合金材料及其制备方法 | |
| CN114101712B (zh) | 一体式电弧3d打印增减材制造系统与增减材加工方法 | |
| WO2021174561A1 (zh) | 一种金属材料焊轧一体化复合成形方法及装置 | |
| CN112775623A (zh) | 一种用于展示架的高效精密加工工艺 | |
| CN113084379A (zh) | 一种焊后残余应力和变形的调控装置及方法 | |
| CN219649410U (zh) | 一种生箔机阴极辊双向抛磨装置 | |
| CN216227906U (zh) | 电弧3d打印-铣削-毫克能复合增减材制造系统 | |
| WO2024040974A1 (zh) | 多辊矫直机及高强钢板带热处理生产系统 | |
| CN210683943U (zh) | 一种覆层裂纹自愈合的激光熔覆装置 | |
| CN102785002B (zh) | 轧机压下螺杆表面铝青铜堆焊工艺 | |
| CN214079767U (zh) | 一种激光-电弧复合焊接同步超声去应力装置 | |
| CN113463094A (zh) | 一种双级推料离心机布料盘的激光熔覆表面处理方法及专用设备 | |
| CN111974984A (zh) | 一种高速激光熔覆用铁基合金粉末及其熔覆方法 | |
| CN208055424U (zh) | 一种不锈钢钢带罩式退火装置 | |
| CN112301345A (zh) | 铸钢轧辊用激光熔覆合金粉料及其激光熔覆方法 | |
| CN206343754U (zh) | 变极性等离子立式环缝焊接系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |