不锈钢电弧增材制造装置及其工艺.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010001044.1 (22)申请日 2020.01.02 (71)申请人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 刘长猛陈倬张浩锐王贺 樊红丽卢继平 (51)Int.Cl. B23K 9/133(2006.01) B23K 9/28(2006.01) B23K 9/32(2006.01) B33Y 10/00(2015.01) B33Y 30/00(2015.01) (54)发明名称 一种不锈钢电弧增材制造装置及其工艺 (57)。

2、摘要 本发明公开了一种不锈钢电弧增材制造装 置， 包括密闭操作间、 焊枪、 送丝机构、 送丝管、 基 板、 底座、 热丝机、 数控机床和焊机， 基板、 送丝管 和焊枪位于密闭操作间内， 送丝管与焊枪由数控 机床的夹紧装置固定， 送丝机构输送出来的丝材 穿过送丝管， 丝材由送丝管的第一端穿入， 丝材 由送丝管的第二端穿出， 送丝管的第二端位于焊 枪的下方， 焊机的正极与焊枪电连接， 焊机的负 极与底座电连接， 送丝机的正极与送丝管的第二 端电连接， 送丝机的负极与基板电连接， 基板的 下表面固定于底座的上表面。 本发明的特点是减 少焊枪的热输入从而使得熔道较窄， 能够用于将 精细的零件制造。 权。

3、利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 111515499 A 2020.08.11 CN 111515499 A 1.一种不锈钢电弧增材制造装置， 其特征在于： 包括密闭操作间、 焊枪、 送丝机构、 送丝 管、 基板、 底座、 热丝机、 数控机床和焊机， 所述基板、 所述送丝管和所述焊枪位于所述密闭 操作间内， 所述送丝管与所述焊枪由所述数控机床的夹紧装置固定， 所述送丝机构输送出 来的丝材穿过所述送丝管， 丝材由所述送丝管的第一端穿入， 丝材由所述送丝管的第二端 穿出， 所述送丝管的第二端位于所述焊枪的下方， 所述焊机的正极与所述焊枪电连接， 所述 焊机的负极与所述底座电连接， 所述热丝。

4、机的正极与所述送丝管的第二端电连接， 所述热 丝机的负极与所述基板电连接， 所述基板的下表面固定于所述底座的上表面。 2.一种不锈钢电弧增材制造工艺， 其特征在于， 包括以下步骤： S1： 根据零件形状构建三维实体模型； S2： 将三维实体模型进行切片处理， 并导入数控系统； S3： 数控系统根据模型生成加工程序文件； S4： 将丝材和基板固定好； S5： 设定制造过程中的参数； S6： 启动电弧增材制造系统， 实现对所需模型的加工， 并实时监测加工过程， 出现问题 及时调整； S7： 加工完成后， 将实际零件与模型进行对比， 通过宏微观结构和力学性能验证是否满 足要求。 3.根据权利要求2所。

5、述的不锈钢电弧增材制造工艺， 其特征在于： 在模具内加工一个随 形冷却水道。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111515499 A 2 一种不锈钢电弧增材制造装置及其工艺 技术领域 0001 本发明涉及不锈钢电弧增材制造技术领域， 特别是涉及一种不锈钢电弧增材制造 装置及其工艺。 背景技术 0002 304L不锈钢是一种碳含量极低的奥氏体不锈钢， 也被称为超低碳不锈钢， 是核电 设备中的重要结构材料， 同时也广泛应用于化工、 家具装饰和医疗行业。 304L不锈钢具有良 好的耐腐蚀性、 成型性以及优异的塑性和韧性， 在高温条件下性能良好， 加工性能也比较优 异。 304L不锈钢构件的传统制造。

6、方法为车、 铣等 “减材制造” ， 这不仅会浪费很多原材料， 还 会因为加工方式的限制而不能加工一些复杂零部件。 0003 增材制造的出现为制造304L构建提供了一种新的方法。 作为一种快速成型技术， 增材制造是一种有前途的制造方式， 与传统的材料去除加工技术不同的是， 增材制造是一 种逐层堆积、“自下而上” 的制造方法， 这种方法不仅可以有效节省加工时间成本， 减少后处 理时间， 也可以减少材料浪费， 提高材料利用率。 同时， 增材制造技术可以摆脱模具的限制， 在加工复杂零部件以及大型工业结构件制造中更具优势。 0004 然而， 传统电弧增材制造在制造过程中的热输出比较大， 较高的热输入和较。

7、慢的 冷却速度会导致不锈钢奥氏体晶粒的粗大， 粗大的晶粒严重降低了不锈钢零件整体的力学 性能， 限制了电弧不锈钢增材制造的应用与推广。 0005 另外， 冷却通道设计在注塑成型中非常重要， 因为它大大地影响了注塑循环时间 和成型制品的质量。 对于注塑成型而言， 其成型周期主要注射、 保压、 冷却、 开合模、 顶出等 阶段组成， 其中， 冷却时间约占用3/4成型周期。 为了增加生产经济效益， 需要降低冷却时 间。 另外， 为了减少制品的翘曲变形， 保证制品精度和表面质量， 模具型腔表面温度分布的 均匀性也十分重要。 因此， 冷却水道的研究显得尤其关键。 0006 在传统模具制造业中， 加工冷却通。

8、道的方法通常为深钻孔， 故只能制造出直行的 冷却通道。 其最大的缺点在于不能与模腔表面始终保持一定距离， 因而导致了塑件 0007 上冷却不均匀甚至产生局部积热现象。 0008 为此， 本领域技术人员急需一种新型的不锈钢电弧增材制造工艺用于解决上述问 题。 发明内容 0009 本发明的目的是提供一种不锈钢电弧增材制造装置及其工艺， 用于解决上述现有 技术中存在的技术问题， 减少热输入， 增快冷却速度， 从而避免不锈钢奥氏体晶粒的粗大。 0010 为实现上述目的， 本发明提供了如下方案： 0011 本发明公开了一种不锈钢电弧增材制造装置， 包括密闭操作间、 焊枪、 送丝机构、 送丝管、 基板、 。

9、底座、 热丝机、 数控机床和焊机， 所述基板、 所述送丝管和所述焊枪位于所述 密闭操作间内， 所述送丝管与所述焊枪由所述数控机床的夹紧装置固定， 所述送丝机构输 说明书 1/3 页 3 CN 111515499 A 3 送出来的丝材穿过所述送丝管， 丝材由所述送丝管的第一端穿入， 丝材由所述送丝管的第 二端穿出， 所述送丝管的第二端位于所述焊枪的下方， 所述焊机的正极与所述焊枪电连接， 所述焊机的负极与所述底座电连接， 所述热丝机的正极与所述送丝管的第二端电连接， 所 述热丝机的负极与所述基板电连接， 所述基板的下表面固定于所述底座的上表面。 0012 本发明还公开了一种不锈钢电弧增材制造工艺。

10、， 包括以下步骤： 0013 S1： 根据零件形状构建三维实体模型； 0014 S2： 将三维实体模型进行切片处理， 并导入数控系统； 0015 S3： 数控系统根据模型生成加工程序文件； 0016 S4： 将丝材和基板固定好； 0017 S5： 设定制造过程中的参数； 0018 S6： 启动电弧增材制造系统， 实现对所需模型的加工， 并实时监测加工过程， 出现 问题及时调整； 0019 S7： 加工完成后， 将实际零件与模型进行对比， 通过宏微观结构和力学性能验证是 否满足要求； 0020 优选地， 在模具内加工一个随形冷却水道。 0021 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果： 0022。

11、 本发明采用热丝辅助融化焊丝的技术， 在电弧作用之前软化焊丝， 使其处于半熔 融状态， 这样一来， 便可降低电弧的热输入， 减少电弧融化焊丝时释放的热量， 从而达到细 化组织晶粒， 提高力学性能的目的。 同时， 随着熔道单位距离吸收的热量减少， 熔融状态下 的金属液体流动性降低， 使得熔道变得更加精细， 从而在精度上达到了制备内流道的要求， 而低的热输入会使熔道的凝固速度加快， 极大的避免了空孔洞制造过程中塌陷的问题。 附图说明 0023 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施。

12、 例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获 得其他的附图。 0024 图1为本实施例不锈钢电弧增材制造装置结构示意图； 0025 图2为本实施例随形冷却水道的结构示意图； 0026 图中： 1-焊枪； 2-送丝管； 3-基板； 4-送丝机构； 5-热丝机； 6-焊机。 具体实施方式 0027 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都。

13、属于本发明保护的范围。 0028 本发明的目的是提供一种不锈钢电弧增材制造装置及其工艺， 用于解决上述现有 技术中存在的技术问题， 减少热输入， 增快冷却速度， 从而避免不锈钢奥氏体晶粒的粗大。 0029 为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图和具体实 说明书 2/3 页 4 CN 111515499 A 4 施方式对本发明作进一步详细的说明。 0030 如图1所示， 本实施例提供了一种不锈钢电弧增材制造装置， 包括密闭操作间、 焊 枪1、 送丝机构4、 送丝管2、 基板3、 底座、 热丝机5、 数控机床和焊机6。 基板3、 送丝管2和焊枪1 位于密闭操作间内， 密。

14、闭操作间内通入保护气， 防止融化的丝材与氧气接触从而发生氧化 反应。 送丝管2与焊枪1由数控机床的夹紧装置固定， 具体的夹紧机构为紧固螺钉式夹紧机 构， 金属环套在焊枪上， 环上开螺纹孔， 通过螺钉进行定位夹紧， 最后整个装置通过螺钉连 接固定在机床主轴上。 送丝机构4输送出来的丝材穿过送丝管2， 丝材由送丝管2的第一端穿 入， 丝材由送丝管2的第二端穿出， 送丝管2的第二端位于焊枪1的下方， 这样可以保障在送 丝管2与焊枪1移动的过程中， 焊枪1始终都能够融化丝材。 焊机6的正极与焊枪1电连接， 焊 机6的负极与底座电连接。 热丝机5的正极与送丝管2的第二端电连接， 热丝机5的负极与基 板3。

15、电连接， 这样设置的目的是使得送丝管2第二端穿出的丝材短接， 这样设置使得送丝管2 第二端的丝材两端直接与热丝机5的正负极直接连接， 从而由于短接而融化， 这样可以减少 焊枪1的热输入， 从而避免锈钢奥氏体晶粒的粗大。 基板3的下表面固定于底座的上表面。 0031 使用时， 启动送丝机构4输出所需要的丝材， 启动焊机6和热丝机5， 通过焊枪1和丝 材的短接实现丝材的融化， 在融化的过程中数控机床根据输入的数值进行移动， 层层堆叠， 最终形成成品。 0032 本实施例还提供了一种不锈钢电弧增材制造工艺， 包括以下步骤： 0033 S1： 根据零件形状构建三维实体模型； 0034 S2： 将三维实。

16、体模型进行切片处理， 并导入数控系统； 0035 S3： 数控系统根据模型生成加工程序文件； 0036 S4： 将丝材和基板3固定好； 0037 S5： 设定制造过程中的参数， 比如热源参数、 送丝速度、 扫描速度等； 0038 S6： 启动电弧增材制造系统， 实现对所需模型的加工， 并实时监测加工过程， 出现 问题及时调整； 0039 S7： 加工完成后， 将实际零件与模型进行对比， 通过宏微观结构和力学性能验证是 否满足要求； 0040 相对于现有技术中的深钻孔， 本实施例中在模具内加工一个随形冷却水道。 随形 冷却水道的外壁边缘与模具外表面距离始终相等， 这样可以使塑件的冷却更加均匀， 有效 地避免塑件翘曲等常见的缺陷。 通过电弧送丝增材制造方法制造出随形内流道， 用熔滴逐 层堆叠， 逐层凝固原理， 实现孔洞的成型， 进而实现随形内流道的制备。 0041 本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例 的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想； 同时， 对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想， 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。 综上所述， 本说明书内 容不应理解为对本发明的限制。 说明书 3/3 页 5 CN 111515499 A 5 图1 图2 说明书附图 1/1 页 6 CN 111515499 A 6 。