[发明专利]一种电阻电磁感应摩擦复合加热金属丝材成形方法和装置

权利要求书

1.一种电阻电磁感应摩擦复合加热金属丝材成形方法，实现该方法的装置包括：控制器、可编程电源、电磁感应加热电源、压电控制器、脉冲送丝机构、保护气体、金属丝材、金属基材及传感采集系统；控制器用来控制脉冲送丝机构将金属丝材与基材短路，在保护气体的保护下，控制器控制可编程电源、电磁感应加热电源、压电控制器协同加热金属丝材与金属基材，并通过传感采集系统的反馈信号闭环控制热源系统；加热金属丝材与金属基材的热源是由可编程电源输出的电流流过金属体，根据自身电阻产生的电阻热；金属丝材经过电磁感应线圈，由电磁感应加热电源产生的电磁加热；金属丝材与基材接触后，压电控制器控制柱形压电促动器带动金属丝材与基材高频摩擦产生的摩擦热；三种热量复合加热金属丝材与基材熔敷成形；

所述脉冲送丝机构是一个双电机加缓冲送丝的机构，它是由金属丝材经过等速送丝机构，经过丝材缓冲器，由直流伺服送丝机构精确控制送丝速度；压电控制器压紧柱形压电促动器带动金属丝材振动与基材摩擦，下方通过电磁感应线圈产生电磁加热，通过导电嘴将金属丝材与基材短路，并流过电流波形加热；

控制器协同控制可编程电源、电磁感应线圈、压电制动器，同时控制送丝速度与热源匹配；采用传感采集系统对电信号及其图像采集，并反馈至控制器；

金属丝材在三种热源的作用下熔化，过渡方式分别为脱落式过渡和熔敷涂抹式过渡；其特征在于，包括下述步骤：

S1、通过计算机的三维制图软件对欲制的金属零件建立几何模型，进行分层离散，并设计和模拟其运动轨迹；

S2、根据需加工零件的金属材料查找金属熔点值，确定金属丝材的直径，基材厚度参数，计算金属的熔化速度，丝材送给速度，电阻加热参数，电磁感应加热参数及摩擦参数；

S3、向金属丝材端部与基材加热部位输送保护气体，防止金属氧化；

S4、金属丝材，金属基材与可编程电源两极串联连接；

S5、电磁感应加热电源连接水冷装置，将金属丝材送入电磁感应加热线圈中；

S6、柱形压电促动器将金属丝材固定，压电控制器控制柱形压电促动器抖动，控制金属丝材与基材产生摩擦滑动；

S7、脉冲送丝机构控制金属丝材前进，启动电磁感应电源，金属丝材与基材形成一个稳定的温度场；

S8、脉冲送丝机构控制金属丝材与基材短路相连，在可编程电源的电流与柱形压电促动器的作用下，在金属丝材与基材的接触部位处产生电阻热和摩擦热；

S9、金属丝材在电磁感应热、电阻加热和摩擦产热的作用下热量累积，逐渐熔化，形成熔体，直到熔体直径小于金属丝材的直径；

S10、脉冲送丝机构根据金属熔化量，向前进方向移动相应的位移，将熔化后的熔体熔敷到已预热的金属基材上，熔体过渡到基材并凝固成形；

S11、脉冲 送丝机构沿X-Y水平方向运动至工件的下一个实心位置；

S12、重复执行S7至S11的过程，直到金属丝材成形于工件中本层全部的实心位置；

S13、脉冲送丝机构根据3D几何模型，向Z方向移动一个层高；

S14、重复执行S7至S13的过程，直到金属丝材成形于工件中各层实心位置，堆积成一个实心金属；

S15、去除实体底部的金属基材，获得成形的金属零件。

2.如权利要求1所述的电阻电磁感应摩擦复合加热金属丝材成形方法，其特征在于，所述金属丝材的直径：1.6mm≥d≥0.3mm。

3.如权利要求1所述的电阻电磁感应摩擦复合加热金属丝材成形方法，其特征在于，所述金属丝材与基材的摩擦频率：5KHz≥f≥500Hz。

4.如权利要求1所述的电阻电磁感应摩擦复合加热金属丝材成形方法，其特征在于，所述金属丝材与基材的摩擦距离：2mm≥l≥0.01mm。