[發(fā)明專利]一種金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置及方法

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• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113084410A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張慧婧;陳超
• 申請（專利權(quán)）人: 東北林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B23K31/02;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 王海婷

1.一種金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置，其特征在于：包括增材制造工作平臺(1)、工件平臺(4)、支架(12)、送絲機(jī)構(gòu)(5)、焊接機(jī)構(gòu)、隨動機(jī)構(gòu)和超細(xì)超聲機(jī)構(gòu)，所述的支架(12)固定在增材制造工作平臺(1)上，在支架(12)上安裝絲桿(13)，所述絲桿(13)由電機(jī)電動，在絲桿(13)上配合兩個絲母，其中一個是焊接絲母，一個是隨動絲母，所述的工件平臺(4)設(shè)置在增材制造工作平臺(1)的中心處，所述焊接機(jī)構(gòu)包括焊槍(3)、焊接夾具(14)和焊接電源(2)，所述的焊接夾具(14)固定在焊接絲母上，所述的焊槍(3)安裝在焊接夾具(14)的下端，所述的焊接電源(2)為焊槍(3)供電，所述的隨動機(jī)構(gòu)包括隨動夾具(15)、連接板(11)和伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述的隨動夾具(15)固定在隨動絲母上，所述的伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(10)固定在隨動夾具(15)的下端，所述的連接板(11)連接伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(10)和超細(xì)超聲機(jī)構(gòu)，所述的超細(xì)超聲機(jī)構(gòu)和送絲機(jī)構(gòu)(5)布置在焊槍(3)的兩側(cè)，所述超細(xì)超聲機(jī)構(gòu)包括依次連接的超細(xì)超聲工具頭(6)、變幅桿(7)和換能器(8)，所述換能器(8)與超聲電源(9)連接，增材制造時，工件平臺(4)配合向下運動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置，其特征在于：所述伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(10)包括套筒(17)、上連接座(19)、下連接座(20)和壓縮彈簧(18)，所述上連接座(19)與套筒(17)的上端連接，所述下連接座(19)與套筒(17)的下端連接，所述壓縮彈簧(18)設(shè)置在套筒(17)內(nèi)，且壓縮彈簧(18)的上端套設(shè)在上連接座(19)上，下端套設(shè)在下連接座(20)上，所述上連接座(19)與隨動夾具(15)固定連接，所述下連接座(20)與連接板(11)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置，其特征在于：所述超細(xì)超聲工具頭(6)包括一體連接的連接段(601)和超聲輸出段(602)，所述連接段(601)呈圓臺狀，且連接段(601)的大徑端與變幅桿(7)連接，連接段(601)的小徑端與超聲輸出段(602)連接，所述超聲輸出段(602)為圓柱狀結(jié)構(gòu)，超聲輸出段(602)的直徑為10mm，超聲輸出段(602)的端部為拇指狀。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置，其特征在于：所述送絲機(jī)構(gòu)(5)包括送絲機(jī)(501)、送絲管(502)、送絲嘴(503)和送絲夾具(504)，所述送絲管(502)安裝在送絲機(jī)(501)上，所述的送絲嘴(503)安裝在送絲管(502)的末端，所述送絲嘴(503)通過送絲夾具(504)固定在焊槍(3)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置，其特征在于：在所述支架(12)上安裝兩個平行布置的導(dǎo)桿(21)，兩個導(dǎo)桿(21)分別設(shè)置在絲桿(13)的上方和下方，所述焊接夾具(14)和隨動夾具(15)安裝在兩個導(dǎo)桿(21)上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置，其特征在于：在換能器(8)和變幅桿(7)之間設(shè)有與連接板(11)連接的法蘭(16)。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置，其特征在于：所述焊接夾具(14)、隨動夾具(15)和送絲夾具(504)為虎鉗或三爪卡盤結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置，其特征在于：所述工件平臺(4)為XYZ高精密移動平臺。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置，其特征在于：所述焊接電源(2)為激光器、CMT電源或GTAW電源；所述焊槍(3)為激光焊槍、CMT焊槍或GTAW焊槍。

10.一種使用如權(quán)利要求1-9中任一項所述的金屬熔絲增材制造中晶粒細(xì)化裝置來晶粒細(xì)化的方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)實際需求選擇焊接熱源，確定焊絲直徑、焊接速度、送絲速度、焊接電源(2)輸出能量焊接參數(shù)；

步驟二、根據(jù)所選焊接熱源以及焊接參數(shù)，以焊接熱源中心為起點，設(shè)定焊接熱源與超細(xì)超聲工具頭(6)之間的距離；

步驟三、調(diào)整工件平臺(4)使待加工工件定位在待加工位置處；

步驟四、啟動電機(jī)帶動絲桿(13)旋轉(zhuǎn)，絲桿(13)通過各自的夾具帶動超細(xì)超聲工具頭(6)和焊槍(3)同步移動，即超細(xì)超聲工具頭(6)移動速度與焊槍(3)焊接速度相同，通保護(hù)氣，同時開啟送絲機(jī)(501)、焊接電源(2)和超聲電源(9)，工件平臺(4)配合運動，增材開始；

步驟五、增材開始后形成熔池，超聲將會通過超細(xì)超聲工具頭(6)傳入熔池，發(fā)生聲空化效應(yīng)與聲流效應(yīng)，改善熔池凝固過程；

步驟六、待所需構(gòu)件完成時，先關(guān)閉送絲機(jī)構(gòu)(5)，然后同時關(guān)閉超聲電源(9)與焊接電源(2)，增材工作結(jié)束。