一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置，包括基座單元以及由基座單元支撐的熔積單元、鍛打單元、驅動單元及控制單元，基座單元上還放置待加工的工件，熔積單元對工件表面進行材料熔積，然后在控制單元的帶動下按編制的路徑運動使工件成形，鍛打單元在工件成形的過程中對工件進行鍛打，鍛打始終保持在熔積材料的軌跡上并滯后于熔積點。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可對所熔積的材料進行鍛打，使材料致密，消除疏松、空洞等缺陷，打碎枝晶等不良組織，促進材料的晶粒細化，使材料的晶粒更加細密，被鍛打材料表面質量更高。
【專利說明】一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬增材制造【技術領域】，尤其是涉及一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置。
【背景技術】
[0002]增材制造技術是一種新型的材料制造技術。在金屬增材制造領域中，包括選區(qū)激光熔融、直接金屬燒結、激光凈形制造、電子束快速成形、等離子熔積直接制造、電弧熔積快速成形技術等。
[0003]現(xiàn)階段不同的增材制造技術各有優(yōu)劣，基于激光的快速制造技術成本較高、熔積效率偏低、材料熱沖擊大:電子束快速成形需在真空環(huán)境中實現(xiàn)，對粉末沖擊大；采用等離子束、電弧成形技術所能成形的零件復雜程度較低且制造精度不高。申請?zhí)枮?01210573274.0的中國專利公開了多金屬液態(tài)噴射沉積增材制造設備，包括沉積室，設置在沉積室上方的加熱裝置，與加熱裝置相連的噴頭，位于沉積室內(nèi)部的底座，與底座滑動連接的工作臺，連接并控制所述噴頭、工作臺的專用集成控制單元。然而，現(xiàn)有的金屬增材技術，無論是基于激光的快速制造技術還是基于噴射成形原理的制造技術，都存在一個共同的問題，即制造的零件強度偏低，難以達到鍛件強度的水平，限制了其應用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種使材料晶粒更加細密、增加零件強度的熔鍛復合的金屬增材制造裝置。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0006]一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置，包括基座單元以及由基座單元支撐的熔積單元、鍛打單元、驅動單元及控制單元，
[0007]所述的基座單元上還放置待加工的工件，所述的熔積單元對工件表面進行材料熔積，然后在控制單元的帶動下按編制的路徑運動使工件成形，所述的鍛打單元在工件成形的過程中對工件進行鍛打，鍛打始終保持在熔積材料的軌跡上并滯后于熔積點。
[0008]所述的基座單元包括底座、主支架、工作臺及轉臺，所述的主支架設置在底座上，用于支撐連接熔積單元、鍛打單元及驅動單元，所述的工作臺位于主支架內(nèi)，用于放置待加工的工件。
[0009]所述的熔積單元包括金屬液包及噴嘴，所述的金屬液包固定在主支架上，所述的噴嘴連接在金屬液包的下方，金屬液包內(nèi)的金屬液經(jīng)噴嘴熔積在待加工的工件表面。
[0010]所述的鍛打單元包括鍛打壓頭、導向套、連桿、曲軸，所述的鍛打壓頭在導向套內(nèi)滑動，經(jīng)過連桿與曲軸連接，通過壓頭對工件進行鍛打。
[0011]所述的驅動單元包括三軸伺服運動系統(tǒng)、高速電機及伺服電機，所述的三軸伺服運動系統(tǒng)設在底座上，頂部連接工作臺，帶動工作臺在水平及豎直方向上做三自由度平動，所述的高速電機連接在轉臺上，高速電機與曲軸連接，控制壓頭在所熔積的材料尚未完全冷卻的情況下進行鍛打使材料發(fā)生塑性變形，所述的伺服電機通過錐齒帶動轉臺繞過工件熔點的豎直軸心水平轉動，使連接轉臺的壓頭始終保持在材料熔積軌跡的后方。
[0012]所述的控制單元與三軸伺服運動系統(tǒng)、高速電機及伺服電機、熔積單元連接，
[0013]通過三軸伺服運動系統(tǒng)的運動控制工件成形的運動路徑，
[0014]通過高速電機的轉速控制壓頭鍛打的頻率及力度，
[0015]通過伺服電機的轉速控制壓頭的運動軌跡，
[0016]通過噴嘴控制金屬液的噴出速度。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可對所熔積的材料進行鍛打，這種技術具有以下優(yōu)點:
[0018]1、通過對被熔積的材料進行鍛打，使材料致密，消除疏松、空洞等缺陷；
[0019]2、通過對被熔積的材料進行鍛打，使材料產(chǎn)生少量的塑性變形，從而打碎枝晶等不良組織，促進材料的晶粒細化；
[0020]3、通過壓頭與熔積材料的接觸，壓頭將進一步帶走熔積材料的熱量，降低熔積材料的溫度，形成更大的溫度梯度，從而使材料的晶粒更加細密；
[0021]4、通過對被熔積的材料進行鍛打，使被鍛打材料表面質量更高，而不同于材料熔積所形成的表面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0023]圖中，I為底座,2為主支架,3為金屬液包,4為三軸伺服運動系統(tǒng),5為工件,6為噴嘴，7為工作臺，8為導向套，9為鍛打壓頭，10為轉臺，11為高速電機，12為連桿，13為曲軸，14為伺服電機，15為控制單元。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0025]實施例
[0026]一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置，如圖1所示，包括底座1，主支架2，金屬液包3，三軸伺服運動系統(tǒng)4，噴嘴6，工作臺7，導向套8，鍛打壓頭9，轉臺10，高速電機11，連桿12，曲軸13，伺服電機14，控制單元15。
[0027]底座1、主支架2、工作臺7及轉臺10構成了基座單元，主支架2設置在底座I上，工作臺7位于主支架2內(nèi)，用于放置待加工的工件5。
[0028]金屬液包3及噴嘴6構成了熔積單元，金屬液包3固定在主支架2上，噴嘴6連接在金屬液包3的下方，金屬液包3內(nèi)的金屬液經(jīng)噴嘴熔積在待加工的工件5表面。
[0029]鍛打壓頭9、導向套8、連桿12、曲軸13構成了鍛打單元，鍛打壓頭9在導向套8內(nèi)滑動，經(jīng)過連桿12與曲軸13連接，通過鍛打壓頭9對工件15進行鍛打。
[0030]三軸伺服運動系統(tǒng)4、高速電機11及伺服電機14構成了驅動單元，三軸伺服運動系統(tǒng)4設在底座上，頂部連接工作臺7，帶動工作臺7在水平及豎直方向上做三自由度平動，高速電機11連接在轉臺10上，高速電機11與曲軸13連接，控制鍛打壓頭9在所熔積的材料尚未完全冷卻的情況下進行鍛打使材料發(fā)生塑性變形，伺服電機14通過錐齒帶動轉臺繞過工件熔點的豎直軸心水平轉動，使連接轉臺10的鍛打壓頭9始終保持在材料熔積軌跡的后方。
[0031]更加具體的說，主支架2固定于底座I上，金屬液包3固定于主支架上；三軸伺服運動系統(tǒng)4置于底座I上，并與工作臺7連接及與控制單元15連接；噴嘴6位于金屬液包3的底部，并通過控制單元15控制金屬噴出速度；鍛打壓頭9通過連桿12與曲軸13連接，并可在導向套8內(nèi)滑動；高速電機11固定于轉臺10上，與曲軸13及控制單元15連接；轉臺10固定于主支架2上；伺服電機14與主支架2連接以及控制單元15連接。三軸伺服運動系統(tǒng)4由控制單元15控制，可在水平及豎直方向作三自由度平動。
[0032]材料熔積單元6采用金屬噴射成形法，在惰性氣體的保護下，將材料熔積于工件5表面。高速電機11由控制單元15控制轉速，其轉軸與曲柄13連接，曲柄13帶動連桿12及壓頭9，使壓頭9鍛打所熔積的材料并使之發(fā)生一定的塑性變形。
[0033]伺服電機14通過錐齒帶動轉臺繞過工件熔點的豎直軸心水平轉動，在控制單元15的控制下，使轉臺10上的壓頭9始終保持在材料溶積路徑的后方，從而在所溶積的材料尚未完全冷卻的情況下，鍛打被熔積的材料。
[0034]控制單元15總體控制材料熔積單元6的熔積速度、三軸伺服運動系統(tǒng)4的運動、轉臺伺服電機14的轉動以及高速電機11的轉速，使這些電機耦合運動，保證最優(yōu)的熔積及鍛打參數(shù)。
[0035]在本裝置工作時，材料熔積單元6對工件5表面進行材料堆積，工件5置于工作臺7上，在三軸伺服運動系統(tǒng)4的帶動下按預先編制的路徑運動，使工件5逐漸成形；當三軸伺服運動系統(tǒng)4按一定軌跡運動時，伺服電機14在控制單元的控制下，使轉臺10轉動，從而保證壓頭8始終保持在熔積路徑上并滯后于熔積點，使所熔積的材料被壓頭9鍛打。
【權利要求】
1.一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置，其特征在于，該裝置包括基座單元以及由基座單元支撐的熔積單元、鍛打單元、驅動單元及控制單元， 所述的基座單元上還放置待加工的工件，所述的熔積單元對工件表面進行材料熔積，然后在控制單元的帶動下按編制的路徑運動使工件成形，所述的鍛打單元在工件成形的過程中對工件進行鍛打，鍛打始終保持在熔積材料的軌跡上并滯后于熔積點。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置，其特征在于，所述的基座單元包括底座、主支架、工作臺及轉臺，所述的主支架設置在底座上，用于支撐連接熔積單元、鍛打單元及驅動單元，所述的工作臺位于主支架內(nèi)，用于放置待加工的工件。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置，其特征在于，所述的熔積單元包括金屬液包及噴嘴，所述的金屬液包固定在主支架上，所述的噴嘴連接在金屬液包的下方，金屬液包內(nèi)的金屬液經(jīng)噴嘴熔積在待加工的工件表面。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置，其特征在于，所述的鍛打單元包括鍛打壓頭、導向套、連桿、曲軸，所述的鍛打壓頭在導向套內(nèi)滑動，經(jīng)過連桿與曲軸連接，通過壓頭對工件進行鍛打。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置，其特征在于，所述的驅動單元包括三軸伺服運動系統(tǒng)、高速電機及伺服電機，所述的三軸伺服運動系統(tǒng)設在底座上，頂部連接工作臺，帶動工作臺在水平及豎直方向上做三自由度平動，所述的高速電機連接在轉臺上，高速電機與曲軸連接，控制壓頭在所熔積的材料尚未完全冷卻的情況下進行鍛打使材料發(fā)生塑性變形，所述的伺服電機通過錐齒帶動轉臺繞過工件熔點的豎直軸心水平轉動，使連接轉臺的壓頭始終保持在材料熔積軌跡的后方。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種熔鍛復合的金屬增材制造裝置，其特征在于，所述的控制單元與三軸伺服運動系統(tǒng)、高速電機及伺服電機、熔積單元連接， 通過三軸伺服運動系統(tǒng)的運動控制工件成形的運動路徑， 通過高速電機的轉速控制壓頭鍛打的頻率及力度， 通過伺服電機的轉速控制壓頭的運動軌跡， 通過噴嘴控制金屬液的噴出速度。
【文檔編號】B21J9/20GK103962560SQ201410217741
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權日:2014年5月20日
【發(fā)明者】陸彬, 崔振山, 劉娟, 肖艷紅 申請人:上海交通大學