[發(fā)明專利]一種熔絲填充多組分可控增材制造裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611147889.1
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106624323A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周琦;付貝貝;彭勇;李洪強(qiáng);程衛(wèi)琴;王毅;郭順;向陽;羅添元
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 鄒偉紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種熔絲填充多組分可控增材制造裝置，屬于電子束增材制造加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電子束焊接因功率密度高、焊縫深寬比大、焊接及冷卻速度快，焊接熱影響區(qū)小、真空潔凈度高、焊縫成形質(zhì)量好、適合異種材料的焊接等優(yōu)勢，被廣發(fā)應(yīng)用于航空航天等重要的國防工業(yè)領(lǐng)域。根據(jù)送料方式的不同，電子束增材制造分為預(yù)鋪粉和同步送分或同步送絲兩種，其中預(yù)鋪粉和送粉時，高速電子束轟擊金屬粉末時，會出現(xiàn)嚴(yán)重的吹粉現(xiàn)象，使得粉末在熔化前偏離原理位置，影響成形質(zhì)量。而利用熔絲填充成形制造用絲材代替粉末為原材料避免了吹粉現(xiàn)象。效率高、制造成本低，過程簡單。

電子束熔絲焊接過程中，中航工業(yè)現(xiàn)有的電子束填絲焊裝置，中航工業(yè)研究所在真空室外部設(shè)置兩個送絲系統(tǒng)真空室，電子槍是固定在真空室頂部中心位置，在送絲系統(tǒng)真空室內(nèi)置送絲系統(tǒng)和三維對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，三維對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)具有送絲工位和換絲工位，三維對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)可以在這兩個工位之間由電機(jī)驅(qū)動進(jìn)行移動。當(dāng)需要換絲時，利用閥門關(guān)閉送絲系統(tǒng)真空室，使送絲系統(tǒng)真空室與焊機(jī)真空室隔離。這種方法雖然可以減少換絲的時間，但是需要在設(shè)備原有真空室外重新架構(gòu)兩個真空室，而電子束設(shè)備真空室需要進(jìn)行防輻射處理，重新架構(gòu)的真空室會增大設(shè)備的成本，降低設(shè)備的防護(hù)安全系數(shù)。另外重新架構(gòu)的真空室在抽真空時會耗費(fèi)大量的抽真空時間。在設(shè)備工作時補(bǔ)絲，需要關(guān)閉補(bǔ)絲的真空室，但是該真空室和焊接用是主真空室還是相連的，補(bǔ)絲時會降低主真空室的真空度，當(dāng)真空度達(dá)不到焊接要求時，不能進(jìn)行焊接。

桂林獅達(dá)機(jī)電工程技術(shù)有限公司的電子束填絲裝置是在真空室外部添加一個送絲機(jī)構(gòu)，采用動密封裝置，將送絲機(jī)構(gòu)隔絕在真空室外部。采用可移動式電子槍，中央控制單元檢測到金屬絲帶快用盡時，便發(fā)出換絲提示，同時關(guān)閉電子束，停止送絲機(jī)送絲，停止運(yùn)動裝置和工作臺運(yùn)動，中央控制單元記錄沖斷點(diǎn)信息；此時對焊機(jī)將上盤金屬絲帶的末端與下盤金屬絲帶的始端焊接在一起，換絲結(jié)束后中央控制單元從沖斷點(diǎn)重復(fù)。但是該裝置只能運(yùn)用送絲方式焊接，不能輸送其他材料進(jìn)行焊接，且運(yùn)用動密封裝置進(jìn)行密封真空室，會降低真空室的真空度，當(dāng)真空度達(dá)不到焊接要求時，不能進(jìn)行焊接。

艾美特國際有限公司用多絲、采用惰性氣體保護(hù)或埋弧方法進(jìn)行的堆焊系統(tǒng)及工藝，用于替代帶極堆焊以獲得更大的生產(chǎn)效率。系統(tǒng)包括焊槍擺動機(jī)構(gòu)、多絲焊槍、送絲管、至少兩臺送絲機(jī)。相比于傳統(tǒng)堆焊，多絲堆焊的熔敷率更高；由于多絲堆焊的搭接區(qū)比傳統(tǒng)堆焊更光滑，所以為了得了光滑表面所需要的機(jī)加工時間大量減少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的需要重新添加真空室及只能通過送絲或送粉的方式進(jìn)行電子束增材制造的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)了內(nèi)置式電子束熔絲填充多組分可控增材制造加工裝置，其目的是為了解決現(xiàn)有裝置中熔絲填充機(jī)構(gòu)與工件分別處于不同的真空室內(nèi)，造成真空室制造成本增加，設(shè)備的防護(hù)安全系數(shù)降低，焊接時真空室的真空度不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，同時可以實(shí)現(xiàn)絲材填充及顆粒填充等填充方式進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)功能梯度材料的高效制備。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

熔絲填充多組分可控增材制造加工裝置，包括電氣控制系統(tǒng)、真空室、電子槍、高壓電源、運(yùn)動系統(tǒng)、送絲單元、送料裝置，其中電子槍固定安裝在真空室頂部中心位置，通過高壓線連接至高壓電源。

真空室內(nèi)部設(shè)置n個送絲單元，n個送絲單元由送絲機(jī)構(gòu)、焊絲盤、焊絲盤軸、靜電屏蔽裝置、送絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。

由于永磁電機(jī)會產(chǎn)生電磁干擾，所以需要在每個送絲單元外部添加靜電屏蔽裝置。n個送絲單元外加靜電屏蔽裝置內(nèi)置于真空室，懸掛安裝在真空室的頂部，置于電子槍的兩側(cè)對稱安裝。

送絲機(jī)構(gòu)固定在靜電屏蔽裝置內(nèi)，采用雙驅(qū)動送絲機(jī)構(gòu)，包括永磁電機(jī)、支架、加壓手柄、主動送絲滾輪、從動送絲滾輪、第一壓絲滾輪、第二壓絲滾輪。主動送絲滾輪安裝在永磁電機(jī)的輸出軸上，主動送絲滾輪通過連桿機(jī)構(gòu)與從動滾輪傳動連接，第一壓絲滾輪與第二壓絲滾輪安裝在支架上，送絲滾輪與壓絲滾輪均垂直于基板所在的平面上，主動送絲滾輪與第一壓絲滾之間留有焊絲可通過的間隙，從動送絲滾輪與第二壓絲滾輪之間也留有焊絲可通過的間隙。

設(shè)有入絲導(dǎo)嘴位于主動送絲滾輪和第一壓絲滾輪的間隙入口處，出絲導(dǎo)嘴位于從動送絲滾輪和第二壓絲滾輪的間隙出口處，并固定在支架的兩側(cè)，加壓手柄固定在支架兩側(cè)，用于調(diào)節(jié)壓絲滾輪的位置，通過加壓手柄高度的調(diào)節(jié)，控制壓絲滾輪與送絲滾輪之間的間隙。