[发明专利]一种送料方向可调的电弧增材装置及方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，并具体公开了一种送料方向可调的电弧增材装置及方法，该装置包括环向调节机构、送丝机构和焊枪，环向调节机构包括环形导轨及与环形导轨滑动配合的三维调节机构，三维调节机构上设有导丝嘴，三维调节机构和导丝嘴可沿环形导轨做360°旋转，以调节焊丝的出丝方向使其与增材沉积路径相切；送丝机构安装在环形导轨上，焊枪与环形导轨同轴设置，并位于焊丝的正上方。所述方法采用上述装置进行电弧增材制造，在增材制造过程中导丝嘴可绕焊枪做360°旋转，以保证沿扫描路径的切向匀速送丝。本发明可有效解决旁轴送料增材制造在成形具有非线性轮廓零件时沉积方向和填充材料方向不一致的问题。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更具体地，涉及一种送料方向可调的电弧增材装置及方法。

背景技术

电弧增材制造技术是以电弧为热源，采用逐层堆焊的方式制造金属制件，它的主要应用目标是大尺寸复杂构件的低成本、高效快速近净成形。根据送丝方式的不同，电弧增材制造可分为同轴送丝(MIG电弧、CMT电弧等)增材制造和旁轴送丝(TIG电弧、等离子弧等)增材制造两种。

虽然同轴送丝方式成形效率高，但因为在沉积过程中难以精确控制其电弧稳定性，极易出现熔池外溢和坍塌等问题，最终影响制件精度。因此，旁轴送丝增材制造应用较多，由于电弧压缩作用，等离子电弧束流直径小、能量密度高，成形制件尺寸精度较高，能有效减少后续机加工量，并且等离子弧的高速沉积极大地提高了成形效率，在金属零件快速成形中极具技术优势。但由于等离子弧与丝的非同轴性，旁轴送丝方式在成形具有非线性轮廓的零件时，需高度依赖行走机构来保持送丝方向与沉积方向的相对位置，往往增大了成形、控制系统的复杂性，限制了该技术的推广。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种送料方向可调的电弧增材装置及方法，其通过将导丝嘴设置成可旋转送丝的结构，以使得焊丝在水平面内可实现以焊枪电极为中心的360°自由旋转，进而使得送料位置能够始终沿沉积路径切向运动，逐层叠加直到零件成形，解决电弧和填充材料的不同轴问题，保证沉积过程的稳定性和一致性，提高制件性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种送料方向可调的电弧增材装置，其包括环向调节机构、送丝机构和焊枪，其中：

所述环向调节机构包括环形导轨以及与环形导轨滑动配合的三维调节机构，该三维调节机构上设有用于将焊丝导出的导丝嘴，该三维调节机构和导丝嘴构成的整体可沿环形导轨做360°旋转，以调节焊丝的出丝方向，使焊丝与增材沉积路径相切；

所述送丝机构安装在所述环形导轨上，其用于向所述导丝嘴供给焊丝；所述焊枪设于所述环形导轨的下方，并与环形导轨同轴设置，同时该焊枪还位于由导丝嘴导出的焊丝的正上方，以此通过焊枪产生的电弧熔化焊丝，实现电弧增材制造。

作为进一步优选的，所述三维调节机构包括X向调节机构、Y向调节机构和Z向调节机构，用于调节焊丝与焊枪之间的相对位置。

作为进一步优选的，所述环形导轨连接有行走机构，通过该行走机构实现环形导轨以及环形导轨下方焊枪的运动。

作为进一步优选的，所述电弧增材装置还包括用于放置基板的工作台，该基板位于丝材的下方作为电弧增材制造的沉积基底。

按照本发明的另一方面，提供了一种送料方向可调的电弧增材方法，其包括如下步骤：

S1调节焊枪和导丝嘴的空间位置，使焊枪与从导丝嘴导出的焊丝的距离满足要求；

S2提前输送电弧保护气1s～3s后打开电弧，焊枪按预设的道次扫描路径运动以在基板上开始单道次沉积，完成一道沉积后关闭电弧，并继续保持输送电弧保护气3s～5s，然后冷却所需时间，在单道次沉积过程中导丝嘴可绕焊枪做360°旋转，以调整焊丝的方向，使焊丝沿扫描路径的切向匀速送出至焊枪的正下方；