[發明專利]雙金屬復合材料電弧增材制造裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201711384045.3
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN107931781B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 楊延華;楊林武;張新亮;周雨晨;薛鑫
• 申請（專利權）人: 西安航空學院
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 61237 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 麥春明<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種雙金屬復合材料電弧增材制造裝置的增材制造方法，其特征在于，所述雙金屬復合材料為：Φ60mm×(10+2.5)mm×80mm L360/625管狀，

采用雙金屬復合材料電弧增材制造裝置，由控制系統部分和機械部分組成；

所述控制系統部分由3D建模模塊（23）、分層模塊（24）、陰極射線顯像管（25）、手動數據輸入模塊（26）、控制系統（14）、可編程控制器（27）組成；3D建模模塊（23）與分層模塊（24）信號連接，分層模塊（24）、陰極射線顯像管（25）、手動數據輸入模塊（26）、可編程控制器（27）分別與控制系統（14）連接；

所述控制系統（14）具有X向伺服驅動接口、Y向伺服驅動接口、Z向伺服驅動接口、4軸伺服驅動接口、5軸伺服驅動接口、可編程控制器接口；

所述可編程控制器（27）通過I/O接口分別連接繼電器板和A/D數模轉換板，A/D數模轉換板連接溫度檢測系統（19）；

所述機械部分包括底座（17），底座（17）上設有Y向伺服電機（1）和工作臺（2），工作臺（2）前方設Y向伺服電機（1），工作臺（2）上設有墊板（22），墊板（22）上設有工件（3），底座（17）與支架（13）相連接，支架（13）與橫梁（16）相連接，橫梁（16）設于工件（3）上方，橫梁（16）上設有溫度檢測系統（19），橫梁（16）上設有X向伺服電機（8），A材料焊槍（10）和B材料焊槍（11）設于橫梁（16）下方，A材料焊槍（10）設有A材料氣體保護開關（9），A材料焊槍（10）通過管路與A材料氣體保護系統（6）連接，A材料焊槍（10）與A材料送絲系統（4）相連接，A材料焊槍（10）下方設有A材料電弧引弧/熄弧系統（21），B材料焊槍（11）設有B材料氣體保護開關（12），B材料焊槍（11）通過管路與B材料氣體保護系統（7）連接，B材料焊槍（11）與B材料送絲系統（5）相連接，B材料焊槍（11）下方設有B材料電弧引弧/熄弧系統（20），支架（13）設有Z向伺服電機（15），測量系統（18）設于橫梁（16）和工作臺（2）上，A材料電弧引弧/熄弧系統（21）和B材料電弧引弧/熄弧系統（20）均與電弧跟蹤系統（29）相連，電弧跟蹤系統（29）通過導線與可編程控制器（27）相連，測量系統（18）通過導線與控制系統（14）相連；

其增材制造具體按照以下步驟進行：

步驟1、3D模型建模：首先三維制圖軟件進行雙金屬復合材料工件模型建模，A材料為碳鋼材料，B材料為625合金材料；

步驟2、分層切片：首先對3D模型進行分層切片，根據零件圖精度要求來計算確定分層切片厚度，選擇每層分層厚度2.5mm，分層24層，即將來增材制造厚度為2.5mm，第1層L1至第4層L4，均為A材料碳鋼材料；第5層L5為A材料/B材料/A材料，即碳鋼/625/碳鋼；第6層L6至第19層L19，均為A材料/B材料和B材料/A材料，即碳鋼/625和625/碳鋼；第20層L20為A材料/B材料/A材料，即碳鋼/625/碳鋼；第21層L21至第24層L24，均為A材料碳鋼材料；隨即將分層數據包括每一層材料屬性、幾何尺寸信息傳輸給控制系統（14）；

步驟3、數據處理：分層結果輸送給控制系統（14），控制系統（14）對分層數據進行編譯、運算和邏輯處理；判斷L1~L24每一層中材料種類及其區域面積，分別生成每一層A材料和B材料的開關量指令信號和運動指令信號，其中開關量指令信號傳遞給可編程控制器（27），運動指令信號傳遞給伺服系統，分別控制每層A材料或者B材料的增材制造順序、規劃路徑參數，數據處理針對給出的每層材料加工順序和規劃路徑，路徑規劃為回字形；

步驟4、對刀：根據分層計算和數據處理結果，得到第6層加工順序為B，A1，A2，A3，A4，先對B材料焊槍進行對刀，B材料焊槍對準工件（3）制造起點；

步驟5、B材料送絲系統（5）啟動：B材料焊槍對準起點后，根據分層計算和數據處理結果，伺服系統啟動B材料送絲系統（5），送絲干伸長10mm，B材料焊絲端頭距工件（3）的距離為3mm；

步驟6、B材料氣體保護系統（7）啟動：B材料送絲系統（5）啟動后，根據數據處理判斷結果輸出開關指令信號給可編程控制器（27），可編程控制器（27）接收開關量指令信號，經過編譯、邏輯判別和運算，再經過功率放大，啟動B材料氣體保護系統（7）；

步驟7、B材料電弧電源系統啟動：B材料氣體保護系統（7）啟動后，根據數據處理判斷結果輸出開關指令信號給可編程控制器（27），可編程控制器（27）接收開關量指令信號，經過編譯、邏輯判別和運算，再經過功率放大，啟動相應的B材料電弧電源系統；

步驟8、B材料電弧引弧：B電弧電源系統啟動后，根據數據處理判斷結果輸出開關指令信號給可編程控制器（27），可編程控制器（27）接收開關量指令信號，經過編譯、邏輯判別和運算，再經過功率放大，啟動B材料電弧增材制造；

步驟9、X-Y向運動：B材料電弧引弧后，根據數據處理判斷結果輸出3D運動指令信號給伺服系統，伺服系統同時啟動B材料焊槍（11）進行X向運動和工作臺（2）進行Y向運動，進而控制增材制造的X-Y向運動，控制B材料焊槍（11）按照預設路徑規劃進行增材制造；

步驟10、運動測量：由測量系統（18）對增材制造過程中3D運動實際位移量轉化為電信號，反饋給控制系統（14），將反饋實際位移量和預設位移量進行比較測量，將測量結果反饋給控制系統（14），從而調整和控制伺服系統按照原設定值運動；

步驟11、電弧跟蹤：電弧引弧后，啟動電弧跟蹤系統（29），以電弧或者焊槍相對于焊縫或者坡口中心位置偏差為檢測量，以焊槍及電弧位移量為操作量，當焊槍或電弧對于焊縫或者坡口中心位置發生偏差時，電弧跟蹤系統（29）將自動檢測出偏差并通過必要的放大后驅動伺服系統調整焊槍位置，使得電弧對準中心位置，從而確保增材制造過程中電弧按照預設路徑行走，并且具有小的電弧電壓和電流波動；

步驟12、B材料電弧熄弧：當B材料左側預設寬度的增材制造，制造長度80mm，完成后，根據分層計算和數據處理結果，啟動B材料電弧引弧/熄弧系統（20），拉長B材料電弧，直至熄弧，同時縮短干伸長不超過5mm；

步驟13、B材料右側區域增材制造，當B材料左側預設寬度的增材制造完成后，B材料焊槍平移至右側區域，重復上述步驟4-12，完成B材料右側預設寬度的增材制造；

步驟14、A材料增材制造啟動：完成該層B材料左右兩側區域預設寬度的增材制造后，啟動A材料增材制造，制造順序為先左再右，由內及外，“回”字形增材制造，先后分別完成該層A1，A2，A3，A4制造，先后執行上述步驟4-13工序，經過對刀、A材料送絲系統（4）啟動、A材料氣體保護系統（6）啟動、電弧電源啟動、電弧引弧、X-Y向運動、運動測量、電弧軌跡跟蹤、電弧熄弧工序，完成A1左側增材制造，再以回字形平移完成A1右側增材制造，以此類推，回字形軌跡運動，完成A2、A3、A4增材制造；

步驟15、重復步驟4-14，完成第7層雙金屬復合材料增材制造；

步驟16、以此類推，完成每一層雙金屬復合材料增材制造，直至完成整個工件（3）的雙金屬復合材料增材制造。