[發明專利]一種筒體內壁加筋裝置及筒體內壁加筋方法

在審

• 申請號: 202211327624.5
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115519213A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 劉長猛;孫濟奇;沙昊;李昌遠;齊江珉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/12;B23K9/32;B23K37/053;B33Y30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 李勝強

本發明公開一種筒體內壁加筋裝置及筒體內壁加筋方法，屬于電弧增材制造技術領域，包括三軸移動平臺和固定在三軸移動平臺的移動端的懸臂梁，懸臂梁長度方向平行于X軸方向，在懸臂梁上沿長度方向分布設置有若干打印頭；還包括支撐待加工的筒體的支撐結構和驅動筒體轉動的轉動驅動結構，筒體的軸向平行于X軸方向，懸臂梁能夠伸入筒體內部，通過打印頭的三軸方向的移動與筒體的轉動耦合，打印頭在筒體的內壁打印內筋。本發明通過將打印頭伸入到筒體內部，利用打印頭的三軸方向的移動與筒體的轉動耦合，形成打印頭在筒體的內壁上不同形狀的內筋的打印，適于對不同尺寸的筒體進行內筋加工，滿足不同筒體對于強度和內筋形狀的不同需求。

技術領域

本發明涉及電弧增材制造技術領域，特別是涉及一種筒體內壁加筋裝置及筒體內壁加筋方法。

背景技術

隨著航空航天、風力發電等事業的蓬勃發展，對大型筒體體零件的需求越來越多；同時，對其工藝性能的要求也愈來愈嚴苛。例如，在火箭筒體的設計中，如何盡量減少筒體質量的同時保證其自身強度是目前面臨的一個較為嚴峻的問題。風力發電一直受制于地理條件的限制，其中部分原因在于塔筒本身的重量，目前為了保證塔筒的強度，主要方式是對塔筒進行加厚處理。

為在保證強度的基礎上減少質量，在火箭筒體或風電塔筒的內壁進行加筋處理是可行的方案。已有專利文獻中，也有關于如何設置加強筋的方案，例如，申請公布號為CN113967800A的中國專利了一種基于激光開槽和熱滾壓的筒件加強筋的加工工藝，通過激光開槽和滾壓熱加工的方式實現了筒體件的內筋加工，綜合利用了材料切割和塑性加工，具體的，先在筒體的內徑側進行激光開槽，激光開槽所形成的溝槽即為滾壓的位置，利用縱向軋筋輥自轉，并緩慢沿激光開槽筒體的徑向向外運動，擠壓激光開槽筒體的材料，同時，分瓣筒狀外模帶動筒狀坯料自轉，且旋轉方向和轉速與縱向軋筋輥的自轉同步，使得材料能穩定變形。由此可見，該方案采用的是去除材料和塑性成形相結合的加工方式，工藝流程復雜，且存在原材料損耗大的問題。

金屬3D打印技術從原理上顛覆了傳統減材加工技術，它采用將原材料逐層堆積的方式進行零部件的加工，能夠大幅度的減少加工材料的損耗，簡化工藝流程，最終大幅降低成本。因此，此技術可作為一種解決現有筒體加筋困難的解決方法。申請公布號為CN113927151A的中國專利公開了一種大型薄壁筒體結構加強筋特征攪拌摩擦增材制造方法及其裝備，其利用同軸輸送棒料進入空心攪拌工具原理的攪拌摩擦增材制造裝備在已有筒底、筒段等薄壁結構上進行每層加強筋成形，由低到高層層堆疊制備完成完整的加強筋結構，薄壁是指筒體結構厚度不小于1mm，該方法適用于加強筋厚度與筒體壁厚之比超過1：1的結構，尤其是經過拓撲優化的異型加強筋結構的成形。該方案適合于對筒段進行加工，對于長度較長的筒體結構需要首先切斷成為筒段才能夠進行加工，會增加工藝復雜程度，且會降低筒體整體結構的強度。

發明內容

本發明的目的是提供一種筒體內壁加筋裝置及筒體內壁加筋方法，以解決上述現有技術存在的問題，通過將打印頭伸入到筒體內部，利用打印頭的三軸方向的移動與筒體的轉動耦合，形成打印頭在筒體的內壁上不同形狀的內筋的打印，適于對不同尺寸的筒體進行內筋加工，滿足不同筒體對于強度和內筋形狀的不同需求。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種筒體內壁加筋裝置，包括三軸移動平臺和固定在所述三軸移動平臺的移動端的懸臂梁，所述懸臂梁長度方向平行于X軸方向，在所述懸臂梁上沿長度方向分布設置有若干打印頭；還包括支撐待加工的筒體的支撐結構和驅動所述筒體轉動的轉動驅動結構，所述筒體的軸向平行于X軸方向，所述懸臂梁能夠伸入所述筒體內部，通過所述打印頭的三軸方向的移動與所述筒體的轉動耦合，所述打印頭在所述筒體的內壁打印內筋。

優選地，所述打印頭分布在所述懸臂梁底部，且沿X軸方向順次布置。

優選地，所述打印頭包括焊槍和送絲管，所述焊槍和所述送絲管通過導軌組件移動設置在所述懸臂梁上，并能夠沿所述懸臂梁長度方向移動。