[发明专利]使用振动时效控制应力变形的电弧增材装置及方法

说明书

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种使用振动时效控制应力变形的电弧增材装置及方法。包括焊枪，基板，焊接工作台，电磁夹具和激振器；电磁夹具用于将基板固定在焊接工作台上，激振器与基板连接，用于电弧增材过程中的振动和增材后的构件的振动时效处理。在每增材制造一层后以及整体增材制造完成后对构件进行振动时效处理，减少构件中的残余应力，控制应力变形；同时利用振动传感器实时检测振动频率并反馈至振动控制装置，实现实时控制振动频率；在此基础上，使用能快速控制开关的电磁夹具对基板进行固定，能大量减少装卸夹具的时间，有效提高振动时效的效率。本发明能有效控制电弧增材中的应力变形，提高增材构件质量。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种使用振动时效控制应力变形的电弧增材装置及方法。

背景技术

电弧制造是以焊接电弧为热源,根据零件三维实体所建立的CAD模型进行分层切片，以一定成形路径自下而上地制造出所需零件的先进数字化制造技术。其具有成形效率高、制造成本低、生产周期短、材料利用率高、可使用的材料种类广泛等优点。

但是在电弧增材过程中构件内部经历快速局部加热和冷却，基板和沉积层以及各沉积层之间产生巨大的温度梯度，金属熔体凝固收缩不均匀，将不可避免会产生残余应力和变形。极大得影响了增材制造构件的质量，限制了增材制造技术的应用和推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用振动时效控制应力变形的电弧增材制造装置及方法，以解决现在电弧增材制造过程中残余应力分布集中、成形件变形大的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种使用振动时效控制应力变形的电弧增材装置，包括焊枪，基板，焊接工作台，电磁夹具和激振器；所述电磁夹具用于将基板固定在焊接工作台上，所述激振器与基板连接，用于电弧增材过程中的振动和增材后的构件的振动时效处理。

进一步的，所述振动成型的电弧增材装置还包括振动传感器，振动时效控制装置；

所述振动传感器固定于基板上表面，并与振动时效控制装置相连，振动传感器将检测到的振动幅度和振动频率发送给振动时效控制装置，振动时效控制装置与激振器连接，用于控制激振器的振动幅度和振动频率。

进一步的，还包括振动装置外接电源，用于为振动传感器，激振器和振动时效控制装置供电。

进一步的，还包括电弧增材制造电源和计算机控制系统；焊枪和焊接工作台分别与电弧增材制造电源的两极相连，所述计算机控制装置控制焊枪的引弧、熄弧和移动。

进一步的，还包括振动工作台和橡胶垫；当用于增材后的构件的振动时效处理时，橡胶垫设置在振动工作台上，构件连同基板放置在橡胶垫上方，振动传感器固定于基板的上表面，激振器与基板连接，振动时效控制装置与激振器(11)和振动传感器连接。

一种采用上述的装置进行电弧增材的方法，在每一层电弧增材时，对放置增材构件的基板施加振动；每一层电弧增材后，施加振动进行时效处理；将增材后的构件和基板移至设有橡胶垫的振动工作台进行振动时效处理。

进一步的，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)：根据零件形状构建三维实体模型，将三维实体模型进行切片处理，并导入计算机控制系统，计算机控制系统根据模型生成加工程序文件；

步骤(2)：将基板打磨清理干净后，使用电磁夹具固定于焊接工作台上表面；将焊枪移动至起弧点上方，并使焊枪位于基板上方并垂直于基板；

步骤(3)：启动激振器与振动时效控制装置，并通过振动传感器检测振动幅度、振动频率，再将振动幅度、振动频率控制在预设的区间内，此时振动频率应控制在50Hz以下、激振力控制在5KN以内；