[发明专利]丝材电弧熔积与激光冲击锻打复合增减材制造方法及装置

说明书

本发明涉及增减材制造方法的技术领域，更具体地，涉及一种丝材电弧熔积与激光冲击锻打复合增减材制造方法及装置，将电弧熔积技术、激光冲击锻打技术、机械铣削技术耦合在一起，先采用电弧熔积的方式形成熔覆层，当温度传感器监测到熔覆层区域的温度至设定的激光锻打温度时，激光锻打和电弧熔积同时进行，对成型区域进行激光冲击锻打，能够降低丝材堆积过程中制造误差与零件锻打表面粗糙度造成的误差，提高零件整体精度；在电弧熔积与激光冲击锻打完成后，零件转入铣削工位对零件表面机械铣削加工，提高表面精度，降低丝材堆积过程中制造误差与零件锻打表面粗糙度造成的误差，提高零件整体精度，克服丝材电弧熔积增材制造成型精度差的缺点。

技术领域

本发明涉及增减材制造方法的技术领域，更具体地，涉及一种丝材电弧熔积与激光冲击锻打复合增减材制造方法及装置。

背景技术

增材制造技术可以直接用3D-CAD模型来制作出复杂的模型，其不仅可以制作原型件，还可以生产零件和模具。金属增材制造工艺一般分为俩种：粉末床熔合与直接能量沉积，前者通过逐层烧结、熔化金属粉末来得到预定零件，由于其较慢的成型速率及较小的成型仓容积，不适用于大型构件的制造；后者通过激光、电子束或电弧放电来熔化粉末或金属丝材，形成焊道熔积，堆积出三维形状，适用于大型构件的制造。

与激光金属粉末熔积技术相比，丝材电弧熔积技术有其独特的优势，例如有更快的成型速度，成型速度大约为激光金属粉末熔积成型速率的7倍；其材料利用率也接近于100%；电弧熔积的能量效率也大于激光熔积的能量效率，电弧熔积的能量利用率大致在90%,而激光熔积能量利用率只有30-50%；此外，丝材电弧熔积的成本也低于激光金属粉末熔积成型。然而，丝材电弧熔积技术也有一些明显不足之处，例如增材制造的零件表面波动较大，成形件表面质量差，零件尺寸的精度也比较差，熔积过程中残余应力也得不到很好的控制，这些都在一定程度上制约的丝材电弧熔积技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种丝材电弧熔积与激光冲击锻打复合增减材制造方法及装置，适用于大尺寸零件的加工，具有较快的成型速度、较高的材料利用率以及较低的加工成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种丝材电弧熔积与激光冲击锻打复合增减材制造方法，包括以下步骤：

S1. 通过计算机对三维零件模型进行切片分层处理，生成加工路径，所述加工路径包括电弧熔积路径、激光冲击锻打路径以及铣削路径；根据所述加工路径设定加工参数，所述加工参数包括焊机参数、激光束参数以及铣削参数，根据所述加工参数生成数控加工的代码，并提取加工路径输入至控制器中；

S2. 控制器指令电弧熔积系统开始送丝，再根据步骤S1中所述的电弧熔积路径熔化焊丝，形成熔覆层；

S3. 在形成步骤S2所述的熔覆层时，采用温度传感器对熔覆层区域温度实时监控并将监测的温度实时反馈给计算机；当监测的温度达到设定的激光锻打温度时，控制器控制激光冲击锻打系统按照步骤S1所述的激光冲击锻打路径对零件进行激光冲击锻打加工；

S4. 在丝材电弧熔积与激光冲击锻打加工完成零件的一层结构时，图像传感器把已形成的零件表面形貌数据传输到计算机分析，调整铣削系统的高度，铣削系统根据步骤S1所述的铣削路径对零件表面机械铣削加工；

S5. 当步骤S4中的铣削加工完成后，图像传感器再次测量零件表面形貌数据并上传至计算机分析，重新设定零件下一层结构的加工参数；

S6. 重复步骤S2、S3、S4，直至完成零件最后一层结构的熔积，控制器控制机械铣削系统对零件表面进行精加工处理得到预定零件。