[發明專利]一種送料方向可調的電弧增材裝置及方法

有效

• 申請號: 201810837257.0
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN108971806B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 高明;龔夢成;曾曉雁
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B23K9/04;B23K9/167;B23K9/133
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發明屬于增材制造技術領域，并具體公開了一種送料方向可調的電弧增材裝置及方法，該裝置包括環向調節機構、送絲機構和焊槍，環向調節機構包括環形導軌及與環形導軌滑動配合的三維調節機構，三維調節機構上設有導絲嘴，三維調節機構和導絲嘴可沿環形導軌做360°旋轉，以調節焊絲的出絲方向使其與增材沉積路徑相切；送絲機構安裝在環形導軌上，焊槍與環形導軌同軸設置，并位于焊絲的正上方。所述方法采用上述裝置進行電弧增材制造，在增材制造過程中導絲嘴可繞焊槍做360°旋轉，以保證沿掃描路徑的切向勻速送絲。本發明可有效解決旁軸送料增材制造在成形具有非線性輪廓零件時沉積方向和填充材料方向不一致的問題。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，更具體地，涉及一種送料方向可調的電弧增材裝置及方法。

背景技術

電弧增材制造技術是以電弧為熱源，采用逐層堆焊的方式制造金屬制件，它的主要應用目標是大尺寸復雜構件的低成本、高效快速近凈成形。根據送絲方式的不同，電弧增材制造可分為同軸送絲(MIG電弧、CMT電弧等)增材制造和旁軸送絲(TIG電弧、等離子弧等)增材制造兩種。

雖然同軸送絲方式成形效率高，但因為在沉積過程中難以精確控制其電弧穩定性，極易出現熔池外溢和坍塌等問題，最終影響制件精度。因此，旁軸送絲增材制造應用較多，由于電弧壓縮作用，等離子電弧束流直徑小、能量密度高，成形制件尺寸精度較高，能有效減少后續機加工量，并且等離子弧的高速沉積極大地提高了成形效率，在金屬零件快速成形中極具技術優勢。但由于等離子弧與絲的非同軸性，旁軸送絲方式在成形具有非線性輪廓的零件時，需高度依賴行走機構來保持送絲方向與沉積方向的相對位置，往往增大了成形、控制系統的復雜性，限制了該技術的推廣。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種送料方向可調的電弧增材裝置及方法，其通過將導絲嘴設置成可旋轉送絲的結構，以使得焊絲在水平面內可實現以焊槍電極為中心的360°自由旋轉，進而使得送料位置能夠始終沿沉積路徑切向運動，逐層疊加直到零件成形，解決電弧和填充材料的不同軸問題，保證沉積過程的穩定性和一致性，提高制件性能。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種送料方向可調的電弧增材裝置，其包括環向調節機構、送絲機構和焊槍，其中：

所述環向調節機構包括環形導軌以及與環形導軌滑動配合的三維調節機構，該三維調節機構上設有用于將焊絲導出的導絲嘴，該三維調節機構和導絲嘴構成的整體可沿環形導軌做360°旋轉，以調節焊絲的出絲方向，使焊絲與增材沉積路徑相切；

所述送絲機構安裝在所述環形導軌上，其用于向所述導絲嘴供給焊絲；所述焊槍設于所述環形導軌的下方，并與環形導軌同軸設置，同時該焊槍還位于由導絲嘴導出的焊絲的正上方，以此通過焊槍產生的電弧熔化焊絲，實現電弧增材制造。

作為進一步優選的，所述三維調節機構包括X向調節機構、Y向調節機構和Z向調節機構，用于調節焊絲與焊槍之間的相對位置。

作為進一步優選的，所述環形導軌連接有行走機構，通過該行走機構實現環形導軌以及環形導軌下方焊槍的運動。

作為進一步優選的，所述電弧增材裝置還包括用于放置基板的工作臺，該基板位于絲材的下方作為電弧增材制造的沉積基底。

按照本發明的另一方面，提供了一種送料方向可調的電弧增材方法，其包括如下步驟：

S1調節焊槍和導絲嘴的空間位置，使焊槍與從導絲嘴導出的焊絲的距離滿足要求；

S2提前輸送電弧保護氣1s～3s后打開電弧，焊槍按預設的道次掃描路徑運動以在基板上開始單道次沉積，完成一道沉積后關閉電弧，并繼續保持輸送電弧保護氣3s～5s，然后冷卻所需時間，在單道次沉積過程中導絲嘴可繞焊槍做360°旋轉，以調整焊絲的方向，使焊絲沿掃描路徑的切向勻速送出至焊槍的正下方；