[發(fā)明專利]一種電阻電磁感應(yīng)摩擦復(fù)合加熱金屬絲材成形方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710978579.2
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107755701B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳樹君;苑城瑋;蔣凡;閆志鴻
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

本發(fā)明公開一種電阻電磁感應(yīng)摩擦復(fù)合加熱金屬絲材成形裝置，包括：控制器、可編程電源、電磁感應(yīng)加熱電源、壓電控制器、脈沖送絲機構(gòu)、保護氣體、金屬絲材、金屬基材及其傳感采集系統(tǒng)；控制器用來控制脈沖送絲機構(gòu)將金屬絲材與基材短路，在保護氣體的保護下，控制器控制可編程電源、電磁感應(yīng)加熱電源、壓電控制器協(xié)同加熱金屬絲材與金屬基材，并通過傳感采集系統(tǒng)的反饋信號閉環(huán)控制熱源系統(tǒng)。本發(fā)明還公開一種電阻電磁感應(yīng)摩擦復(fù)合加熱金屬絲材成形方法，本發(fā)明采用電磁感應(yīng)摩擦電阻復(fù)合加熱的方法熔化金屬絲材與基材，可以精確控制熱量輸入，絲材熔化效率高，熔體過渡穩(wěn)定，熱源功率小，降低了對基材的熱輸入，減少了基材的熱變形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬零件成形加工領(lǐng)域，尤其涉及一種電阻電磁感應(yīng)摩擦復(fù)合加熱金屬絲材成形方法和裝置。

背景技術(shù)

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的迅速發(fā)展，金屬零件3D打印技術(shù)的成形方法不斷涌現(xiàn)。現(xiàn)如今，主要以激光束、電子束、等離子束高能三束為加熱熱源，其成形方法主要有激光燒結(jié)成形、激光熔敷成形、電子束快速成形、等離子熔積成形等成形方法，在航空航天、微納制造、生物醫(yī)學(xué)工程等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。但針對于空間環(huán)境下的成形制造，以上成形方法仍存在一些的不足之處：

能源利用：按照空間設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，空間單臺設(shè)備功率應(yīng)低于1000W，顯然以激光束、電子束、等離子束高能三束為加熱熱源的功率都高于1000W。要滿足空間環(huán)境下3D打印工藝過程及其溫度場控制對能量的需求，必須采取新的能源利用方式與溫度控制策略；

空間的環(huán)境對3D打印原材料形態(tài)、工藝裝備類型提出了新要求，微重力環(huán)境對3D打印工藝的傳熱及其材料凝固過程的影響規(guī)律尚未成熟，對適應(yīng)于空間的3D打印技術(shù)方法仍需進(jìn)一步探索；

激光束、電子束和等離子束所用的設(shè)備，投資、維護成本高，金屬零件的制造成本十分昂貴；

激光束、電子束和等離子束三種成形方法在金屬零件制造過程中，對基材熱輸入高，造成基材產(chǎn)生大的形變，容易造成零件和基材較大的形變。

以電阻熱為熱源的電阻加熱金屬絲材熔積成形方法，以電阻熱為熱源，加熱絲材熔化。減少了對金屬絲材與基材的熱輸入，但由于基材散熱較快，加熱效率較低，熔體不易熔敷至基材上，存在一定的弊端。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述金屬成形方法的不足，提供了一種能耗低，效率高、形變小的電阻電磁感應(yīng)摩擦復(fù)合加熱的金屬絲材成形方法和裝置。

本發(fā)明提供一種電阻電磁感應(yīng)摩擦復(fù)合加熱金屬絲材成形裝置，包括：控制器、可編程電源、電磁感應(yīng)加熱電源、壓電控制器、脈沖送絲機構(gòu)、保護氣體、金屬絲材、金屬基材及其傳感采集系統(tǒng)；控制器用來控制脈沖送絲機構(gòu)將金屬絲材與基材短路，在保護氣體的保護下，控制器控制可編程電源、電磁感應(yīng)加熱電源、壓電控制器協(xié)同加熱金屬絲材與金屬基材，并通過傳感采集系統(tǒng)的反饋信號閉環(huán)控制熱源系統(tǒng)；加熱金屬絲材與金屬基材的熱源是由可編程電源輸出的電流流過金屬體，根據(jù)自身電阻產(chǎn)生的電阻熱；金屬絲材經(jīng)過電磁感應(yīng)線圈，由電磁感應(yīng)加熱電源產(chǎn)生的電磁加熱；金屬絲材與基材接觸后，壓電控制器控制柱形壓電促動器帶動金屬絲材與基材高頻摩擦產(chǎn)生的摩擦熱；三種熱量復(fù)合加熱金屬絲材與基材熔敷成形。

作為優(yōu)選，所述脈沖送絲機構(gòu)是一個雙電機加緩沖送絲的機構(gòu)，它是由金屬絲材經(jīng)過等速送絲機構(gòu)，經(jīng)過絲材緩沖器，由直流伺服送絲機構(gòu)精度控制送絲速度；壓電控制器壓緊柱形壓電促動器帶動金屬絲材振動與基材摩擦，下方通過電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生電磁加熱，通過導(dǎo)電嘴將金屬絲材與基材短路，并流過電流波形加熱，其中摩擦加熱并非一定使用柱形壓電促動器產(chǎn)生滑動摩擦，凡依靠摩擦手段產(chǎn)熱都為摩擦加熱，摩擦加熱手段通常滑動摩擦加熱，旋轉(zhuǎn)摩擦。

作為優(yōu)選，控制器協(xié)同控制可編程電源、電磁感應(yīng)線圈、壓電制動器，同時控制送絲速度與熱源匹配。采用傳感采集系統(tǒng)對電信號及其圖像采集，并反饋至控制器。