[發(fā)明專利]一種用于提高金屬增材制造零件性能的裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810829552.1
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN108817389A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方學(xué)偉;張麗娟;陳琦;白浩;趙紀(jì)元;盧秉恒
• 申請（專利權(quán)）人: 西安增材制造國家研究院有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明提供一種用于提高金屬增材制造零件性能的裝置及方法，包括位置調(diào)整單元、運(yùn)動單元、基座單元和控制單元；位置調(diào)整單元將工件支撐在水平面上及工件在水平面上轉(zhuǎn)動控制；運(yùn)動單元在基座單元上，運(yùn)動單元的輸出端固定有執(zhí)行單元；所述的執(zhí)行單元包括電磁感應(yīng)加熱單元、紅外溫度檢測單元和錘擊單元，運(yùn)動單元用于執(zhí)行單元在水平面方向和豎直方向上的運(yùn)動控制，電磁感應(yīng)加熱單元對工件的局部進(jìn)行設(shè)定溫度的加熱，紅外溫度檢測單元用于對工件加熱的局部進(jìn)行溫度檢測，錘擊單元對工件達(dá)到加熱設(shè)定溫度的局部進(jìn)行錘擊；控制單元輸入端連接紅外溫度檢測單元輸出端，輸出端分別連接位置調(diào)整單元、運(yùn)動單元、電磁感應(yīng)加熱單元和錘擊單元輸入端。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬增材制造設(shè)備，具體為一種用于提高金屬增材制造零件性能的裝置及方法。

背景技術(shù)

增材制造俗稱3D打印，與傳統(tǒng)的車、銑、刨、磨加工方式相比，是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層累加，即“自下而上”的方式實現(xiàn)實體零件制造的技術(shù)。它是一種基于三維數(shù)字模型，通過分層切片技術(shù)，將三維模型轉(zhuǎn)換為一系列二維輪廓信息，然后利用不同的工藝模式按照輪廓軌跡逐層堆積，最終形成所設(shè)計的三維實體。這使得過去受到傳統(tǒng)制造方式的約束，而無法實現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造變?yōu)榭赡堋?/p>

增材制造技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢，如可成形復(fù)雜零件、加工工序減少、加工周期縮短和實現(xiàn)個性化定制成本降低等，在近二十年來取得飛速發(fā)展。而金屬增材制造技術(shù)是以激光、電弧、電子束和等離子等作為熱源，加熱材料使之燒結(jié)或熔化，逐層堆積實現(xiàn)零件成形的方法。

在成形過程中，材料逐漸被堆積，層數(shù)在累加，由于零件不同位置與周圍環(huán)境熱交換能力不同，逐層制造的零件中會出現(xiàn)溫度分布不均勻，以及熱量不斷累積，使得各部位的凝固冷卻不一致造成殘余應(yīng)力，從而導(dǎo)致零件的變形、收縮和翹曲，當(dāng)構(gòu)件的尺寸越大、形狀越復(fù)雜時這一現(xiàn)象更加突出。成形過程中，如果材料受潮、保護(hù)氣體不純或氣體保護(hù)效果不好時，液態(tài)熔池會溶解部分氣體，熔池凝固時，氣體來不及溢出就會在零件中形成氣孔。這可能導(dǎo)致零件力學(xué)性能下降。并且成形過程中還會出現(xiàn)裂紋、未熔合和夾渣等不可預(yù)知的冶金缺陷，這都會影響成形零件內(nèi)部質(zhì)量和力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種用于提高金屬增材制造零件性能的裝置及方法，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，實施方便，能夠降低金屬增材制造零件的殘余應(yīng)力、減少氣孔、改善金屬內(nèi)部組織，以提高成形件的力學(xué)性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種用于提高金屬增材制造零件性能的裝置，包括位置調(diào)整單元、運(yùn)動單元、基座單元和控制單元；

所述的位置調(diào)整單元用于將工件支撐在水平面上，并用于工件在水平面上的轉(zhuǎn)動控制；

所述的運(yùn)動單元設(shè)置在基座單元上，運(yùn)動單元的輸出端固定設(shè)置執(zhí)行單元；所述的執(zhí)行單元包括電磁感應(yīng)加熱單元、紅外溫度檢測單元和錘擊單元，運(yùn)動單元用于執(zhí)行單元在水平面方向和豎直方向上的運(yùn)動控制，電磁感應(yīng)加熱單元用于對工件的局部進(jìn)行設(shè)定溫度的加熱，紅外溫度檢測單元用于對工件加熱的局部進(jìn)行溫度檢測，錘擊單元用于對工件達(dá)到加熱設(shè)定溫度的局部進(jìn)行錘擊；

所述的控制單元的輸入端連接紅外溫度檢測單元的輸出端，輸出端分別連接位置調(diào)整單元、運(yùn)動單元、電磁感應(yīng)加熱單元和錘擊單元的輸入端。

優(yōu)選的，所述的運(yùn)動單元包括相互垂直X、Y和Z軸滑軌；X軸滑軌固定在基座單元上，與X軸滑軌滑動配合的X軸滑塊上固定設(shè)置Y軸滑軌，與Y軸滑軌滑動配合的Y軸滑塊上固定設(shè)置Z軸滑軌，與Z軸滑軌滑動配合的Z軸滑塊上固定設(shè)置執(zhí)行單元。

進(jìn)一步，Z軸滑塊上固定有豎直設(shè)置的連接板，連接板從上到下分別水平設(shè)置有第一U型連接架和第二U型連接架，第一U型連接架上分別固定設(shè)置紅外溫度檢測單元和電磁感應(yīng)加熱單元，第二U型連接架上固定設(shè)置錘擊單元。