[發(fā)明專利]利用石墨卡環(huán)提高金屬熔滴沉積精度和效率的裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410312791.1
• 申請(qǐng)日: 2014-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN104096840A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜軍;魏正英;李素麗;盧秉恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/115
• 分類號(hào): B22F3/115;C23C4/12;C23C4/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種精密成形的方法，特別涉及一種利用石墨卡環(huán)提高金屬熔滴沉積精度和效率的裝置和方法。

【背景技術(shù)】

目前，國內(nèi)外很多科研院所，如國內(nèi)西北工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)以及美國MicroFab商業(yè)公司、加拿大多倫多大學(xué)等，對(duì)于金屬熔滴沉積成形技術(shù)的研究主要集中在熔滴沉積機(jī)理、驅(qū)動(dòng)方式選擇和金屬熔滴滴落過程的熱狀態(tài)分析等方面，而對(duì)于如何保證熔滴沉積成形精度以及提高成形效率方面研究較少。

零件的精度、原材料的性能和加工效率是制約熔滴成形工藝及其應(yīng)用的三個(gè)重要因素。一直以來成形精度和成形效率始終是一對(duì)矛盾的，提高成形效率勢(shì)必要降低成形精度，提高成形精度勢(shì)必要降低成形效率。在金屬熔融沉積過程中，因?yàn)楸仨毎褟?fù)雜的三維加工轉(zhuǎn)化為一系列簡(jiǎn)單二維成形的疊加，所以，成形產(chǎn)品精度主要取決于二維X—Y平面上的加工精度和高度Z方向上的一系列疊加精度。從熔融沉積成形的系統(tǒng)本身考慮，完全能夠把X，Y，Z三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)位置精度控制在較高的水平，所以，從理論上考慮能夠取得高精度的原型。但是，影響成形產(chǎn)品最終精度的因素不只是有熔滴成形裝置本身的精度，還有其它的因素，并且這些因素更加的不易控制。熔滴沉積成形是一個(gè)涉及機(jī)械設(shè)計(jì)制造、CAD軟件、數(shù)控、材料、成形工藝參數(shù)和產(chǎn)品后處理等因素的集成制造系統(tǒng)，每一環(huán)節(jié)均可能造成一些誤差的產(chǎn)生，這就會(huì)嚴(yán)重影響熔融沉積成形零件的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用石墨卡環(huán)提高金屬熔滴沉積精度和效率的裝置和方法，其能有效地提高了微機(jī)械精密零件的精度和效率，有效地提高了微機(jī)械零件的批量生產(chǎn)的可能性，降低了加工成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

利用石墨卡環(huán)提高金屬熔滴沉積精度和效率的裝置，包括用于盛放熔融金屬的坩堝，坩堝的底部安裝有噴嘴，噴嘴的正下方通過支架固定有兩個(gè)半圓形的石墨卡環(huán)，且兩個(gè)半圓形的石墨卡環(huán)形成一個(gè)圓形空腔，兩個(gè)半圓形的石墨卡環(huán)的下方設(shè)有基板，該基板能夠在X、Y、Z三個(gè)方向上移動(dòng)。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，基板安裝在3D位移平臺(tái)上，該3D位移平臺(tái)能夠在X、Y、Z三個(gè)方向上移動(dòng)。

利用石墨卡環(huán)提高金屬熔滴沉積精度和效率的方法，包括以下步驟：坩堝中盛有熔融金屬，在脈沖壓力P作用下，熔融金屬通過噴嘴進(jìn)行噴射，形成均勻熔滴，熔滴沉積在基板上，通過基板在X、Y、Z三個(gè)方向上移動(dòng)，成形出所需零件。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，在坩堝中，利用加熱裝置對(duì)金屬粉末或金屬絲材進(jìn)行加熱使其熔化，形成熔融金屬。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，通過電磁閥施加一定的脈沖壓力P使熔融金屬從噴嘴噴射出來。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，基板安裝在3D位移平臺(tái)上，利用計(jì)算機(jī)對(duì)3D位移平臺(tái)進(jìn)行控制，使均勻噴出的熔滴在X、Y、Z三個(gè)方向上移動(dòng)的基板上準(zhǔn)確定位，從零件外層到內(nèi)層逐層進(jìn)行堆積，成形出復(fù)雜的幾何形狀。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，在金屬熔滴沉積過程中，利用兩個(gè)半圓形的石墨卡環(huán)，首先在石墨卡環(huán)內(nèi)壁，通過脈沖壓力控制噴出直徑相對(duì)較小的熔滴，沉積出零件的外表面，對(duì)于零件內(nèi)部，用直徑相對(duì)較大的熔滴或者用射流方式，從零件外層到內(nèi)部一層一層進(jìn)行填充，直至所需零件成形完畢。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用石墨卡環(huán)提高金屬熔滴沉積精度和效率的裝置，其中，石墨卡環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠提高成形精度，加快零件成形速率，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，有利于提高產(chǎn)品的品質(zhì)和成形效率。本發(fā)明利用石墨卡環(huán)提高金屬熔滴沉積精度和效率的方法，其加工靈活性高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，熱影響區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小，有效地提高了微機(jī)械成形的精度和效率，有效地提高了微機(jī)械零件的批量生產(chǎn)的可能性，降低了加工成本。本發(fā)明與激光、電子束等快速成型技術(shù)相比不需要昂貴設(shè)備，具有制件表面精度高，成形效率高等優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的應(yīng)用前景。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明利用石墨卡環(huán)提高金屬熔滴沉積精度和效率的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中卡環(huán)和基板的俯視圖。

圖中：1、坩堝；2、熔融金屬；3、噴嘴；4、支架；5、石墨卡環(huán)；6、基板。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。