[发明专利]同步冷却装置、电弧增材制造装置及方法

说明书

本发明公开了同步冷却装置、电弧增材制造装置及方法，涉及增材制造技术领域。同步冷却装置包括冷却舱体，冷却舱体具有操作端面和与操作端面相对的冷却端面，在冷却舱体的冷却端面上设置有多个容置孔，冷却舱体中填充有多个冷却金属球，部分冷却金属球从容置孔中露出并可在容置孔中转动；冷却舱体的内腔中还设置有用于对冷却金属球进行冷却的冷却管路；操作端面上设置有用于安装焊枪的第一安装口，冷却端面上设置有与第一安装口相对应的第二安装口。在增材制造过程中采用同步冷却装置与焊枪同步运动的方式进行冷却，利用冷却金属球与增材构件进行柔性接触传热，传热效率更高，有利于减少成形构件的内部缺陷，保证力学性能。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，且特别涉及同步冷却装置、电弧增材制造装置及方法。

背景技术

电弧增材制造技术以电弧作为热源，将熔化的金属材料按成形路径在基板上熔敷堆积，直接成形复杂形状的金属零件。与激光、电子束作为热源进行增材制造相比，电弧增材制造虽然在成形的尺寸精度上略有不足，但是在成形效率、成形能力、设备机动性以及抗干扰能力等方面均具有很大的优势，尤其适合于应用在大尺寸复杂结构金属零件的制备，具有低成本、快速高效成形的优点。

然而，在电弧增材制造过程中由于电弧热量逐层累积，过高的热量及温度容易导致成形过程中零件出现变形、堆敷层高不稳定等问题，从而影响零件的成形精度与质量。因此，在每一层金属零件电弧增材制造后需对堆积层进行冷却，将层间温度降低到合适范围。层间温度冷却时间的长短，不仅影响了增材制造效率，对于一些导热率较低的材料，比如钛合金，低合金钢以及不锈钢等材料来说，较低的冷却速率还会加重晶粒的长大倾向，影响成形构件的力学性能。

但是，现有的冷却装置存在冷却效果差、冷却效率低的问题，而且成本较高、适应性差，部分冷却装置或方法在一定程度上还会促使成形件出现内部缺陷，导致综合力学性能下降等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电弧增材制造的同步冷却装置，旨在使冷却金属球与增材构件进行柔性接触传热，提升冷却装置的传热效率。

本发明的另一目的在于提供一种电弧增材制造装置及方法，其冷却效率高，能够减少成形构件的内部缺陷，保证力学性能。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种用于电弧增材制造的同步冷却装置，包括冷却舱体，冷却舱体具有操作端面和与操作端面相对的冷却端面，在冷却舱体的冷却端面上设置有多个容置孔，冷却舱体中填充有多个冷却金属球，部分冷却金属球从容置孔中露出并可在容置孔中转动；

冷却舱体的内腔中还设置有用于对冷却金属球进行冷却的冷却管路；操作端面上设置有用于安装焊枪的第一安装口，冷却端面上设置有与第一安装口相对应的第二安装口。

在本发明优选的实施例中，冷却管路为多条，且每条冷却管路均从冷却舱体靠近操作端面的一端缠绕延伸至靠近冷却端面的一端，相邻的两个冷却管路之间形成用于容纳冷却金属球的容纳通道；优选地，冷却金属球的材质为紫铜。

在本发明优选的实施例中，每条冷却管路均以距离冷却舱体中心轴的固定半径进行缠绕。

在本发明优选的实施例中，冷却舱体的操作端面上设置有多个冷却介质进口和多个冷却介质出口，每条冷却管路的进口与一个冷却介质进口相连，每条冷却管路的出口与一个冷却介质出口相连。

在本发明优选的实施例中，冷却舱体的操作端面上设置有冷却气进口，冷却舱体的冷却端面上设置有多个出气孔；优选地，出气孔的孔径小于容置孔的孔径。

在本发明优选的实施例中，冷却舱体包括顶部开口的冷却腔体和用于盖合冷却腔体的冷却盖板，冷却盖板和冷却腔体可拆卸连接，操作端面为冷却盖板的顶面，冷却端面为冷却腔体的底部端面。