[发明专利]一种金属构件增材制造同步锤击形性控制装置与方法

说明书

本发明公开了一种金属构件增材制造同步锤击形性控制装置与方法，所述的装置包括控制装置、增材沉积装置、同步锤击装置、夹持装置和运动装置，其特征在于，同步锤击装置通过夹持装置安装在同步锤击运动装置上与增材沉积头保持同步锤击运动；所述的方法，其特征在于，同步锤击运动装置上与增材沉积头保持同步锤击运动。本发明装置与方法的有益效果在于，可显著细化增材制造金属构件的凝固组织，可显著改善增材制造金属构件的气孔和裂纹缺陷，可显著消除增材制造技术构件的残余应力，可以控制增材制造金属构件成形过程中发生的变形，可以提高增材制造金属构件的致密度，无污染，工艺使用范围广。

技术领域

本发明属于增材制造领域，尤其涉及一种金属构件增材制造同步锤击形性控制装置与方法。

背景技术

增材制造技术是一种逐层堆积材料的数字化制造技术，目前制约增材制造金属构件技术发展的一方面主要原因是增材制造金属构件的晶粒生长具有明显的方向性，导致金属构件各向异性；增材制造金属构件显微组织粗大，降低金属构件的力学性能；增材制造过程是层间累积过程，会产生气孔、裂纹、未熔合等显微组织缺陷，降低金属构件疲劳性能。

目前针对于增材制造金属构件有效改善组织形貌、提高力学性能和减少组织缺陷的主要技术和方法包括层间滚压轧制、层间锤击强化等。

层间滚压轧制技术分为两种方式：原位热轧与冷轧分步。冷轧分步技术由国外的克兰菲尔德大学Colegrove团队提出，利用电弧成形沉积层，等待沉积层温度冷却至50℃时，利用高压力轧辊对沉积层进行轧制(详见美国专利US2005/0173380 A1)。原位热轧技术由国内的华中科技大学张海鸥团队提出，利用小型轧辊配合电弧增材技术进行原位滚压轧制，由于轧制时沉积层具有较高温度，所需变形压力为冷轧分步压力的1/10，晶粒细化效果明显(详见中国专利CN 101817121 A、CN 110076566 A)，但是层间轧制所需要的变形压力大，实现轧制功能的设备尺寸大，轧制过程中轧辊只能对沉积层施加一次轧制。

层间锤击强化利用锤锻设备对增材制造金属表面施加动压力，目前有关层间锤击强化应用在增材制造工艺中(详见中国专利CN 206997778 U、CN 107297504 A、CN109304465 A)虽然可以释放残余应力、减少组织缺陷，但是由于锤击设备固定不能根据增材沉积头的运动轨迹而相对移动进行同步锤击，不能对形状复杂的增材金属构件进行锤击强化，移动沉积头进行沉积时不能保证锤击点位与沉积头的相对位置不变保证均匀锤击，不能在激光沉积头附近同步锤击利用同步热变形细化晶粒，不能改变锤击方式为倾斜锤击、旋转锤击，机械零件易磨损不能快速更换锤击头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属构件增材制造同步锤击形性控制装置与方法；本发明采用的技术方案是：

一种金属构件增材制造同步锤击形性控制装置，包括：增材沉积热源、增材送料装置、增材金属材料、增材制造同步锤击系统控制器、增材沉积头、将所述增材沉积头和增材送料装置相连的增材保护气罐、增材沉积头夹持装置、增材沉积试验台和增材沉积基板、增材沉积头运动设备；

包括同步锤击设备通过同步锤击夹持装置安装在同步锤击运动装置上与增材沉积头保持同步锤击运动；

同步锤击设备结构包括同步锤击快换锤头、同步锤击导向装置、同步锤击回弹装置、下限位块、同步锤击动力源、上限位块，其中同步锤击动力源产生高频机械锤击振动，锤击力通过同步锤击快换头传递到沉积层表面；同步锤击导向装置减少同步锤击快换锤头左右晃动保证锤击稳定性；同步锤击回弹装置将同步锤击快换锤头回弹避免与沉积层干涉，所述的同步锤击设备包含的同步锤击动力源产生高频锤击方式包括电机带动曲柄滑块机构或电机带动涡轮蜗杆机构方式，所述的同步锤击设备包含的同步锤击快换锤头截面形状为圆形、矩形、椭圆形或多边形，所述的同步锤击设备包含的同步锤击快换锤头整体形状为竖直或弯曲形状，所述的同步锤击运动装置包括机床或机械手运动装置。