[发明专利]电弧增材限行程高频微锻冲击强化锻造头、装置及方法

说明书

本发明属于金属增材制造领域，涉及电弧增材限行程高频微锻冲击强化锻造头、装置及方法。锻造头包括第一锻造头与第二锻造头，所述的第一锻造头包括圆柱状的第一锻造头基部和位于第一锻造头基部顶端的第一锻造头锻造部，所述第一锻造头锻造部上设有第一锻造头锻造面，第一锻造头的锻造面对称地设于第一锻造部的四侧，第一锻造头锻造面是平面，第一锻造头锻造面用于在增材制造形成熔覆层的过程中锻造熔覆层。本发明设计的冲击锻造头能够针对不同应力特性的材料进行锻打改性，且锻打效率高，使用合金材料，保证锻造头具有比较好的韧性和硬度，提高了增材制造结合锻造的复合加工工艺的效率。

技术领域

本发明属于金属增材制造领域，涉及电弧增材限行程高频微锻冲击强化锻造头、装置及方法。

背景技术

近年来增材制造技术产业快速发展，其无需模具的快速成形技术，使得大型复杂结构件的制备周期不断缩短，相比激光、电子束等为热源的增材技术价格昂贵且效率低下，而基于堆焊原理的电弧增材制造技术以电弧为热源，采用金属丝材送进的方式能够快速低成本制造复杂零件，可进一步提高结构效率，实现结构轻量化、高性能化。

在电弧增材成形过程中，焊枪往复移动造成瞬时点热源热积累的热物理过程，已堆焊部分会经历一系列峰值温度不断降低的热循环过程，导致成形环境变化从而使得成形件表面和内部会产生微小裂纹和气泡，并且存在金属金相组织密度疏松和金属综合性能降低的缺陷,影响结构的使用性能、加工精度和尺寸稳定性，降低产品的合格率。

因此，长期以来，国内外学者不断地探索对于焊接过程中产生的应力变形、裂纹、气泡和残余应力等问题,并已取得了许多控制方法和研究成果，如超声冲击法中国专利申请号201010593757.8；振动时效中国专利申请号200710035968.8；振动焊接技术中国专利申请号99106598.0等在消除焊接件残余应力方面虽都起到了一定的作用，但都存在许多局限性和不足之处

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供电弧增材限行程高频微锻冲击强化锻造头、装置及方法，其目的在于通过控制对锻压温度、压下量、微锻头尺寸、锻压速度、锻压频次、工种切换时机、单次锻压时间等锻压参数的调节，能够克服公知焊接件去残余应力处理的缺点，能达到细化焊缝区域金属金相组织晶粒，消除残余应力，有效防止焊接裂纹和气泡的产生，改善了焊缝区域的力学性能和机械加工性能，解决了大型异形焊接件不能进行热处理消除残余应力问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于电弧增材限行程高频微锻冲击强化装置的锻造头包括第一锻造头与第二锻造头，所述的第一锻造头包括圆柱状的第一锻造头基部和位于第一锻造头基部顶端的第一锻造头锻造部，第一锻造头基部底部开设第一锻造头安装孔，用于与锻造用冲击气锤模块固定装夹；所述第一锻造头锻造部上设有第一锻造头锻造面，第一锻造头的锻造面对称地设于第一锻造部的四侧，第一锻造头锻造面是平面，第一锻造头锻造面用于在增材制造形成熔覆层的过程中锻造熔覆层。

所述的第二锻造头与第一锻造头基体相同，第二锻造头锻造面是凸面。

一种电弧增材限行程高频微锻冲击强化装置包括加工中心、焊接机器人、实时在线监测与控制装置、非接触式温度测量仪、X-Y直线滑台模组、气焰枪、保温盖板、气动源控制柜、刀具库、冲击气锤模块、金属加工零件、母材、气体保护装置、冷却系统和主轴。

所述焊接机器人整体置于焊接机器人底座上，位于加工中心正前方。所述实时在线监测与控制装置位于加工中心左侧，可实时监测加工中心工作状态并控制加工中心。所述气动源控制柜位于加工中心后侧，通过螺栓与加工中心后盖板固定。所述冲击气锤模块置于加工中心的刀具库中，使用时根据换刀命令选取合适的冲击气锤模块装载于主轴上。所述X-Y直线滑台模组固定安装在加工中心的主轴控制箱的底部面板上，位于主轴的右侧，所述非接触式温度测量仪、气焰枪、保温盖板安装在X-Y直线滑台模组上，气焰枪喷嘴正对着金属加工零件。