[发明专利]一种电弧增材与电辅助热轧成形复合制造方法和装置

权利要求书

1.一种电弧增材与电辅助热轧成形复合制造方法和装置，包括基板5、左夹具8、右夹具18、工作台2、焊枪14、送丝机构16、温度传感器13、轧辊10、轧制加载单元12、液压缸11、左电极6、右电极20、导线1、直流脉冲电源3、基板绝缘垫片4、左绝缘垫片7和右绝缘垫片19。基板5通过左夹具8和右夹具18固定在工作台2上；焊枪14和送丝机构16连接在焊接运动机构15上，两者配合实现前后、左右运动；温度传感器13位于焊枪14后方，电弧沉积层9上方，对沉积层表面温度进行检测；轧制加载单元12位于温度传感器13后方，其上方与液压缸11连接，下方与轧辊10连接，实现轧制力加载及轧辊10左右运动；轧辊芯轴外涂一层陶瓷绝缘层21，两端添加绝缘套22；左电极6和右电极20连接在基板5两侧，通过导线1与直流脉冲电源3的正负极连接；在基板5与工作台2之间、基板5与左夹具8之间、基板5与右夹具18分别插入基板绝缘垫片4和左右绝缘垫片7和19，并用左右夹具8和18固定。

2.根据权利要求1所述的电弧增材与电辅助热轧成形复合制造装置，其特征在于，电加热电源为低电压、大电流的直流脉冲电源，其占空比、频率、峰值电流等参数均可调，能实现高峰值、低密度的电流加热效果。

3.根据权利要求1所述的电弧增材与电辅助热轧成形复合制造装置，其特征在于，轧制加载单元12可通过其上方的液压缸11直接调节轧制压下载荷值，同时安装力传感器实时监测轧制力大小；同时，轧制加载装置上安装有水冷通道。

4.根据权利要求1所述的电弧增材与电辅助热轧成形复合制造装置，其特征在于，所述轧辊的类型主要包含以下三种：第一种为平辊，第二种为轧辊中部带有半圆形凹槽，第三种为轧辊中部带有半圆形凸起；根据对变形深度及残余应力消减程度的要求，合理选用以上三种具有不同截面特征的轧辊。轧辊采用钢制芯轴，外涂一层陶瓷绝缘材料21，轴两端分别添加绝缘套22，以满足轧制过程中绝缘要求。

5.根据权利要求1所述的电弧增材与电辅助热轧成形复合制造装置，其特征在于，温度传感器13为非接触式的红外温度传感器，位于沉积层上方。

6.根据权利要求1所述的电弧增材与电辅助热轧成形复合制造装置，其特征在于，电源连接导线为耐火电缆，电缆的接头采用紫铜线耳连接，从而减少线路的发热和接头处的电压损耗，提高电加热电路的效率。

7.根据权利要求1所述的电弧增材与电辅助热轧成形复合制造装置，其特征在于，复合制造工艺适用的材料为常温高强度低塑性难成形金属材料，如钛合金、高温合金、镁合金、高强铝合金、金属间化合物等，尤其适用于电阻率大、电加热效果显著的金属材料。

8.根据权利要求1所述装置实现电弧增材与电辅助热轧成形复合制造方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)对基板表面打磨，去除氧化膜，并用丙酮试剂清洗表面；

2)在基板与工作台之间、基板与夹具之间插入绝缘垫片，并固定；

3)将电极连接在基板两侧，并通过导线连接在直流脉冲电源正负极；

4)通过控制焊枪移动和送丝机构配合运动，实现电弧增材沉积过程；

5)每完成一层或者多层沉积后，打开直流脉冲电源对基板及沉积层进行电辅助加热，通过温度传感器测定沉积层表面温度；当沉积层表面温度达到预定的热成形温度时，轧制压下装置带动轧辊对沉积层表面进行轧制压缩变形；

6)重复步骤4)和5)，通过逐层堆积从而形成预定的工件形状。