[发明专利]一种金属冷焊增材制造的方法

说明书

本发明提供了一种金属冷焊增材制造的方法，首先在主控计算机上对零件进行3D建模，然后其分层处理得到每个分层的尺寸和形状特点，规划移动路径和选择焊接工艺参数，随之建立其相应的焊缝模型和堆积层的三维模型，得到焊缝和堆积层成形的尺寸；将堆积层成形的尺寸与分层的尺寸对比，然后对堆焊路径、焊接工艺参数进行重新优化和选择；主控计算机将其输入到焊机、送丝机、机械手和变位机中；然后采取高能脉冲精密冷焊技术进行断续点焊，在每个脉冲期间增加一个点焊缝，每个脉冲间隔期间进行冷却散热，确保基体处于常温状态；由断续点焊缝逐点逐线逐层堆积成形为零件，解决其过程中热输入量、热变形、晶粒组织较大和路径规划困难的问题。

技术领域

本发明涉及零件成形制造领域，尤其是涉及一种金属冷焊增材制造的方法。

背景技术

增材制造技术是基于离散-堆积原理、根据零件三维数字模型、采用材料逐层累加的方法直接制造实体零件的数字化制造技术，又称“3D打印技术”。该方法的优点是：无需传统的刀具即可实现自由成形，降低了生产工序和制造周期，适于低成本小批量产品制造，特别适合结构复杂、原材料附加值高的产品的制造。早期的快速原型制造、三维打印、实体自由制造技术等主要是非金属的原型或模型制造；现在，金属增材制造技术则是各国科学研究的重点和制造业发展的新趋势；各类金属焊接和熔敷技术都可以用于进行金属的增材制造，常用的金属增材制造技术有激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。

现在的金属增材制造技术还存在以下问题：

一、无论是激光增材制造技术还是电弧增材制造技术，都是连续热态堆焊过程；其热源连续输入，使热输入量较大，基体处于过热状态，容易产生较大的热应力和粗大的晶粒组织，导致零件出现热变形和内部缺陷，使增材制造零件的成形精度和各项性能无法保证；这是制约金属增材制造技术发展和应用的重要问题；

二、在连续电弧增材制造过程中，由于热量积累和散热条件的影响，起弧段焊缝的质量和成形与收弧段焊缝明显不同，使焊缝成形和质量控制比较困难；对焊缝连续性的要求也给制造过程中的路径规划造成了困难；

三、对一些易氧化的金属如钛合金在受热时非常容易氧化，在进行热态堆焊增材制造时必需采用充分的气保护措施，提高了生产成本，也降低了灵活性。

因此，需要一种金属冷焊增材制造的方法解决现有金属增材制造技术中由于热输入量大而导致的热变形和热应力较大、晶粒组织粗大的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题提供了一种金属冷焊增材制造的方法，解决了金属增材制造过程中的热输入量、热变形、热应力、晶粒组织较大和路径规划困难的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种金属冷焊增材制造的方法，包括以下步骤：

步骤一：在主控计算机上对零件进行3D建模，对零件进行分层处理，得到每个分层的尺寸和形状特点，然后对焊枪的移动路径进行规划以及选择其焊接工艺参数；

步骤二：对分层通过上述选择的每道焊缝的焊接工艺参数和规划的移动路径建立其相应的焊缝模型；然后基于焊缝的间距和堆焊路径对分层建立堆积层的三维模型，得到焊缝和堆积层成形的尺寸；将堆积层成形的尺寸与步骤一中得到的分层的尺寸进行对比，然后对堆焊路径、焊接工艺参数进行重新优化和选择；主控计算机将重新优化后的每道焊缝的焊接工艺参数输入并设定到高能脉冲精密冷焊机和送丝机中，堆焊路径输入并设定到机械手和变位机中；

步骤三：控制机械手按照设定的堆焊路径操作焊枪移动，变位机调整制造零件的焊接位置，且与机械手配合实现复杂形状和结构零件的堆焊成形；高能脉冲精密冷焊机和送丝机按照设定的焊接工艺参数进行断续点焊，在每个脉冲期间增加一个点焊缝，每个脉冲间隔期间进行冷却散热；高能脉冲熔化一个焊点后立即熄弧冷却，以使整个增材制造过程中基体处于常温状态；然后由断续点焊缝逐点逐线搭接完成一分层的堆焊成形；