CN116213906B - 一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增材制造技术领域,具体涉及一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置及方法。该成形装置包括随形基板和压块,随形基板用于放置于成形平台且与成形制件的外形轮廓相适配,多个首尾连接的压块依次沿随形基板的外轮廓摆放于随形基板的上端面。该降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置及方法的目的是解决复杂结构的电子束熔丝成形的尺寸、位置精度较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域,具体涉及一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置及方法。
背景技术
电子束熔丝增材制造技术是在真空环境利用高能电子束流将同步送进的金属丝材熔化,逐道逐层沉积,形成三维实体的一种制造方法。具有成形速率快、材料利用率高、内部质量好等优势,是增材制造技术领域的重要组成部分,尤其适合大型金属结构的整体成形制造。
现有的电子束熔丝成形工艺,采用矩形金属板当做基板,固定压块沿基板边缘排列,形成一个矩形圈。该方案对于第一层截面形状是规则矩形的模型而言,可以起到良好的固定约束效果。但实际成形制件往往结构复杂,第一层截面是不规则图形的情况更为多见。采用上述方案,即用矩形金属板作为成形基板,固定压块沿矩形基板四周排列一圈,在成形复杂结构时对引起两方面问题。
第一,制件的第一层轮廓沿其法线方向到约束压块的距离长短不一,造成压块对基板的约束效果下降。压块与轮廓的距离越远,压块的约束效果越差。成形时基板提前在较远压块对应的轮廓位置发生宏观变形,引发联锁效应,引起整个基板产生塑性变形,使基板及已成形的制件发生空间位置错位,对后续成形的尺寸、位置精度及成形质量产生不利影响。
第二,现有压块在基板四周为离散式分布,当成形应力过大时,压块与压块之间的基板会提前产生翘曲,引起整块基板发生塑性变形,使基板及已成形的制件发生空间位置错位,对后续成形的尺寸、位置精度及成形质量产生不利影响。
目前对已发生宏观变形的制件的校形并没有很好的解决办法,只能通过中途或最终去应力退火处理,消除制件的内部残余应力。但该方法只能消除现有应力,对已经发生的塑性变形的矫正效果不理想,且需要额外增加工序。
因此,发明人提供了一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置及方法。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置及方法,解决了复杂结构的电子束熔丝成形的尺寸、位置精度较低的技术问题。
(2)技术方案
本发明的第一方面提供了一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置,包括随形基板和压块,所述随形基板用于放置于成形平台且与成形制件的外形轮廓相适配,多个首尾连接的所述压块依次沿所述随形基板的外轮廓摆放于所述随形基板的上端面。
进一步地,所述压块包括压块本体、连接孔、连接柱及阶梯槽,所述压块本体的第一端开设有所述连接孔,所述压块本体的第二端设有用于插接于所述连接孔内的所述连接柱,所述压块本体的下端面开设有用于与所述随形基板接触的所述阶梯槽。
进一步地,所述压块还包括通孔,所述通孔贯穿于所述压块本体且位于所述连接孔与所述连接柱之间。
进一步地,所述成形装置还包括第一紧固件,所述第一紧固件插入所述通孔以固定所述压块于所述成形平台。
进一步地,所述连接孔、所述连接柱及所述通孔的轴线位于同一条直线。
进一步地,所述成形装置还包括第二紧固件,所述第二紧固件套设于所述连接柱以紧固相邻的两个所述压块。
进一步地,所述阶梯槽的深度小于所述随形基板的厚度。
进一步地,其中一所述压块本体的第一端与相邻的另一所述压块本体的第二端相互嵌合。
进一步地,所述随形基板的外轮廓是由所述成形制件的外形轮廓向外偏移得到。
本发明的第二方面提供了一种采用上述的降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置的成形方法,包括以下步骤:
依据成形制件的形状,加工出随形基板;
将所述随形基板放置在成形平台的上端面,将多个压块依次首尾相连地放在所述随形基板上以形成封闭的压块链;
调整两个所述压块之间的角度,然后将所述压块链固定在所述成形平台上。
(3)有益效果
综上,本发明通过随形基板与制件的底面轮廓形状保持一致,使配套压块的约束力沿轮廓形状均匀分布,避免了成形时热应力在约束薄弱点提前突破,加强了基板的抗变形能力,减小制件的变形;同时,链式压块沿随形基板的边缘布置,对随形基板产生整体边缘的线性固定约束,相对单独压块对随形基板的点式固定约束,强化了固定效果。此外,链式组合结构可灵活满足不同轮廓的形状要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面所描述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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种成形制件的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置的随形基板的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置的压块的轴视图;
图5是本发明实施例提供的一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置的压块的主视图;
图6是本发明实施例提供的一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置的压块的左视图;
图7是本发明实施例提供的一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置的压块的俯视图;
图8是本发明实施例提供的一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形方法的流程示意图。
图中:
1-随形基板;2-压块;201-压块本体;202-连接孔;203-连接柱;204-阶梯槽;205-通孔;100-成形制件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理,但不能用来限制本发明的范围,即本发明不限于所描述的实施例,在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”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,或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系,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设备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。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图2是本发明实施例提供的一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置的结构示意图,如图2所示,该成形装置可以包括随形基板1和压块2,随形基板1用于放置于成形平台且与成形制件100的外形轮廓相适配,多个首尾连接的压块2依次沿随形基板1的外轮廓摆放于随形基板1的上端面。
在上述实施方式中,通过随形基板1与成形制件100的底面轮廓形状保持一致,使配套压块2的约束力沿轮廓形状均匀分布,避免了成形时热应力在约束薄弱点提前突破,加强了随形基板1的抗变形能力,减小成形制件100的变形;同时,链式压块2沿随形基板1的边缘布置,对随形基板1产生整体边缘的线性固定约束,相对单独压块2对随形基板1的点式固定约束,强化了固定效果。此外,链式组合结构可灵活满足不同轮廓的形状要求。
作为一种可选的实施方式,如图4-7所示,压块2包括压块本体201、连接孔202、连接柱203及阶梯槽204,压块本体201的第一端开设有连接孔202,压块本体201的第二端设有用于插接于连接孔202内的连接柱203,压块本体201的下端面开设有用于与随形基板1接触的阶梯槽204。
具体地,连接柱203与连接孔202之间为过渡配合,实现角度调整功能。两个相邻的压块2之间通过对应的连接孔202、连接柱203连接,最终形成一个封闭的压块链。
作为一种可选的实施方式,如图4所示,压块2还包括通孔205,通孔205贯穿于压块本体201且位于连接孔202与连接柱203之间。其中,通孔205为压块2的固定点,螺栓螺母组合通过长通孔205将组合后形成闭环的压块链固定在成形平台上,通孔205具体可以是腰形孔,通孔205的设计为固定用的螺栓螺母提供了更灵活的位置选择。
作为一种可选的实施方式,装置还包括第一紧固件,第一紧固件插入通孔205以固定压块2于成形平台。具体地,第一紧固件可以是螺栓与螺母的组合。
作为一种可选的实施方式,如图4所示,连接孔202、连接柱203及通孔205的轴线位于同一条直线。其中,这样的设计方式能够确保压块2的整体受力更加集中,防止受力过于分散,导致整体压块不稳定。
作为一种可选的实施方式,装置还包括第二紧固件,第二紧固件套设于连接柱203以紧固相邻的两个压块2。具体地,第二紧固件可以为螺母,连接柱203的上端为螺纹结构,方便螺母将压块固定,约束两个压块2在高度方向上相对静止。
作为一种可选的实施方式,如图6所示,阶梯槽204的深度小于随形基板1的厚度。其中,阶梯槽204高差应小于随形基板1厚度,使随形基板1得到有效的固定约束。
作为一种可选的实施方式,如图5所示,其中一压块本体201的第一端与相邻的另一压块本体201的第二端相互嵌合。其中,这样的结构设计是为了便于相邻的两个压块2连接后的整个压块链高度一致,嵌合连接过程更加方便快捷。
作为一种可选的实施方式,如图3所示,随形基板1的外轮廓是由成形制件100的外形轮廓向外偏移得到。其中,随形基板1的外轮廓是与成形制件100的轮廓随形的,从而确保配套压块2的约束力沿轮廓形状均匀分布,避免了成形时热应力在约束薄弱点提前突破,加强了随形基板1的抗变形能力,减小成形制件100的变形。
图8是本发明实施例提供的一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形方法的流程示意图,如图8所示,该方法可以包括以下步骤:
S100、依据成形制件的形状,加工出随形基板;
S200、将随形基板放置在成形平台的上端面,将多个压块依次首尾相连地放在随形基板上以形成封闭的压块链;
S300、调整两个压块之间的角度,然后将压块链固定在成形平台上。
通过上述步骤,完成随形基板及压块链的装卡,将压块链形成的闭环线性约束均匀加载到制件外围轮廓的等距线上,使约束效果均匀分布,提高了基板的抗变形能力,降低成形过程中制件的变形,提高成形制件的尺寸精度及质量。
实施例1
以图1所示的制件为例,对本发明涉及的成形方法进行说明:
步骤1、制件从结构上可分为实心的弧形腹板部分和弧线形筋条两部分,选择实心腹板部分的底面作为成形底面,将其沿法向投影,得到制件底面轮廓;
步骤2、如图3所示,将上述底面轮廓沿其曲线的法线方向向外偏移80mm,作为随形基板的约束余量,得到基板轮廓,加工出随形基板;
步骤3、如图2所示,将弧形基板放置在成形平台中央,将上述压块的阶梯槽放在基板上,将压块的连接孔套入前一个压块的连接柱上,沿基板轮廓依次排开,首尾相连,形成一个封闭的压块链;用螺母拧在每个连接柱头部的螺纹上,限制压块链在高度方向上的窜动;
步骤4、微调两个压块之间的角度,用螺栓、螺母通过压块上的长通孔将压块链固定在成形平台上。
通过上述步骤,完成随形基板及压块链的装卡,将压块链形成的闭环线性约束均匀加载到制件外围轮廓的等距线上,使约束效果均匀分布,提高了基板的抗变形能力,降低成形过程中制件的变形,提高成形制件的尺寸精度及质量。
需要明确的是,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且,为了简明起见,这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上仅为本申请的实施例而已,并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (9)
1.一种降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置,其特征在于,包括随形基板(1)和压块(2),所述随形基板(1)用于放置于成形平台且与成形制件(100)的外形轮廓相适配,多个首尾连接的所述压块(2)依次沿所述随形基板(1)的外轮廓摆放于所述随形基板(1)的上端面;
所述压块(2)包括压块本体(201)、连接孔(202)、连接柱(203)及阶梯槽(204),所述压块本体(201)的第一端开设有所述连接孔(202),所述压块本体(201)的第二端设有用于插接于所述连接孔(202)内的所述连接柱(203),所述压块本体(201)的下端面开设有用于与所述随形基板(1)接触的所述阶梯槽(204)。
2.根据权利要求1所述的降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置,其特征在于,所述压块(2)还包括通孔(205),所述通孔(205)贯穿于所述压块本体(201)且位于所述连接孔(202)与所述连接柱(203)之间。
3.根据权利要求2所述的降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置,其特征在于,所述成形装置还包括第一紧固件,所述第一紧固件插入所述通孔(205)以固定所述压块(2)于所述成形平台。
4.根据权利要求2所述的降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置,其特征在于,所述连接孔(202)、所述连接柱(203)及所述通孔(205)的轴线位于同一条直线。
5.根据权利要求1所述的降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置,其特征在于,所述成形装置还包括第二紧固件,所述第二紧固件套设于所述连接柱(203)以紧固相邻的两个所述压块(2)。
6.根据权利要求1所述的降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置,其特征在于,所述阶梯槽(204)的深度小于所述随形基板(1)的厚度。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置,其特征在于,所述压块本体(201)的第一端与所述压块本体(201)的第二端相互嵌合。
8.根据权利要求1所述的降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置,其特征在于,所述随形基板(1)的外轮廓是由所述成形制件(100)的外形轮廓向外偏移得到。
9.一种采用如权利要求1-8中任一项所述的降低电子束熔丝成形过程中变形的成形装置的成形方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
依据成形制件的形状,加工出随形基板;
将所述随形基板放置在成形平台的上端面,将多个压块依次首尾相连地放在所述随形基板上以形成封闭的压块链;
调整两个所述压块之间的角度,然后将所述压块链固定在所述成形平台上。
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