[发明专利]金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置与方法

权利要求书

1.一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置，其特征在于：包括由顶板(1)、前封装板(21)、后封装板(22)、左侧板(23)、右侧板(24)围成的冷却罩，所述顶板(1)上设有金属杆(3)、以及连通至冷却罩的第一进气管(2)、第二进气管(4)，第一进气管(2)和第二进气管(4)用于向冷却罩内通入低温冷却气体(12)，所述前封装板(21)和后封装板(22)的下端均设有矩形窗口，矩形窗口的宽度为W，高度为H，用于防止堆积层与前封装板(21)和后封装板(22)发生碰撞，前封装板(21)和后封装板(22)的左右两侧均纵向设置有波浪形导轨(20)，前封装板(21)的波浪形导轨(20)上滑动连接有可上下滑动的前滑动金属挡板(5)，后封装板(22)的波浪形导轨(20)上滑动连接有可上下滑动的后滑动金属挡板(9)，前滑动金属挡板(5)和后滑动金属挡板(9)用于阻挡冷却罩内的低温冷却气体(12)外流，所述波浪形导轨(20)用于调节前滑动金属挡板(5)和后滑动金属挡板(9)对金属构件堆积高度的保护范围，所述前滑动金属挡板(5)和后滑动金属挡板(9)的中下部均设有矩形块(19)，矩形块(19)中放置有两端各固定一个钢珠(17)的弹簧(18)，弹簧(18)用于将钢珠(17)紧压在波浪形导轨(20)的凹槽内，完成前滑动金属挡板(5)和后滑动金属挡板(9)的自锁，前滑动金属挡板(5)和后滑动金属挡板(9)的顶部为翻折的手持部，用于手动控制前滑动金属挡板(5)和后滑动金属挡板(9)的升降；

所述冷却罩内在冷却罩外壳左侧板(23)和右侧板(24)之间设有平行于顶板(1)的气流缓冲装置，气流缓冲装置包括上下两层粗丝金属网(6)、两层粗丝金属网(6)之间的细丝金属网(8)，细丝金属网(8)与上下两层粗丝金属网(6)之间都均匀填充有金属钢毛(7)，气流缓冲装置通过冷却罩外壳左侧板(23)和右侧板(24)内侧安装的金属薄片(11)固定，所述粗丝金属网(6)用于缓冲冷却气流流速并使气流均匀分散充满冷却罩，细丝金属网(8)用于分隔支撑两层金属钢毛(7)和缓冲冷却气流，金属钢毛(7)用于进一步缓冲冷却气体并使冷却气流均匀分布在金属构件的堆积层上。

2.根据权利要求1所述的一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置，其特征在于：第一进气管(2)和第二进气管(4)之间设有金属杆(3)，金属杆(3)通过升降装置(10)上的固定螺母与升降装置(10)连接，升降装置(10)固定在焊枪上，通过调节升降装置(10)的位置来控制冷却罩的高度。

3.根据权利要求1所述的一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置，其特征在于：前滑动金属挡板(5)和后滑动金属挡板(9)的宽度为30～80mm，其高度分别与前封装板(21)和后封装板(22)的高度相同。

4.根据权利要求1所述的一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置，其特征在于：矩形窗口的宽度W为15～40mm，高度H为15～70mm。

5.根据权利要求1所述的一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置，其特征在于：冷却罩、前滑动金属挡板(5)和后滑动金属挡板(9)均选用热导率为0.2～30W/(m℃)的耐高温材料。

6.根据权利要求1所述的一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置，其特征在于：细丝金属网(8)选用50～100目的铜网，粗丝金属网(6)选用20～50目的钢网。

7.根据权利要求1所述的一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置，其特征在于：细丝金属网(8)为1～3片，粗丝金属网(6)为2～6片。

8.根据权利要求1所述的一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置，其特征在于：金属构件为不锈钢、钛合金、镍基合金材料。

9.权利要求1至8任意一项所述的一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置的降温方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：依据金属构件三维模型，分层切片并规划堆积路径，设定堆积工艺参数，降温装置与焊枪连接并置于基板表面，使前封装板底部到焊枪轴线的水平距离为8～20mm，然后向第一进气管和第二进气管内通入温度为-20～-100℃的低温气体，冷却气体流量为6～45L/min，提前通气时间为30～150s；

步骤二：启动电弧热源，当堆积前n层时，n＝[H/h]，其中h为分层切片高度，H为矩形窗口高度，[]表示取整符号，每堆积一层后，将焊枪提升一个分层切片高度h，随后调节升降装置上的固定螺母，使降温装置整体向下降低h，将前滑动金属挡板和后滑动金属挡板提升高度h；

步骤三：待前n层堆积完成后，开始堆积金属构件剩余层，在金属构件剩余层堆积过程中，降温装置不再整体向下降低h，前滑动金属挡板和后滑动金属挡板不再提升高度h，每堆积一层后，将焊枪提升一个分层切片高度h。