[发明专利]一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置及方法

权利要求书

1.一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置，其特征在于：包括增材制造工作平台(1)、工件平台(4)、支架(12)、送丝机构(5)、焊接机构、随动机构和超细超声机构，所述的支架(12)固定在增材制造工作平台(1)上，在支架(12)上安装丝杆(13)，所述丝杆(13)由电机电动，在丝杆(13)上配合两个丝母，其中一个是焊接丝母，一个是随动丝母，所述的工件平台(4)设置在增材制造工作平台(1)的中心处，所述焊接机构包括焊枪(3)、焊接夹具(14)和焊接电源(2)，所述的焊接夹具(14)固定在焊接丝母上，所述的焊枪(3)安装在焊接夹具(14)的下端，所述的焊接电源(2)为焊枪(3)供电，所述的随动机构包括随动夹具(15)、连接板(11)和伸缩调节机构，所述的随动夹具(15)固定在随动丝母上，所述的伸缩调节机构(10)固定在随动夹具(15)的下端，所述的连接板(11)连接伸缩调节机构(10)和超细超声机构，所述的超细超声机构和送丝机构(5)布置在焊枪(3)的两侧，所述超细超声机构包括依次连接的超细超声工具头(6)、变幅杆(7)和换能器(8)，所述换能器(8)与超声电源(9)连接，增材制造时，工件平台(4)配合向下运动。

2.根据权利要求1所述的一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置，其特征在于：所述伸缩调节机构(10)包括套筒(17)、上连接座(19)、下连接座(20)和压缩弹簧(18)，所述上连接座(19)与套筒(17)的上端连接，所述下连接座(19)与套筒(17)的下端连接，所述压缩弹簧(18)设置在套筒(17)内，且压缩弹簧(18)的上端套设在上连接座(19)上，下端套设在下连接座(20)上，所述上连接座(19)与随动夹具(15)固定连接，所述下连接座(20)与连接板(11)连接。

3.根据权利要求2所述的一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置，其特征在于：所述超细超声工具头(6)包括一体连接的连接段(601)和超声输出段(602)，所述连接段(601)呈圆台状，且连接段(601)的大径端与变幅杆(7)连接，连接段(601)的小径端与超声输出段(602)连接，所述超声输出段(602)为圆柱状结构，超声输出段(602)的直径为10mm，超声输出段(602)的端部为拇指状。

4.根据权利要求1所述的一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置，其特征在于：所述送丝机构(5)包括送丝机(501)、送丝管(502)、送丝嘴(503)和送丝夹具(504)，所述送丝管(502)安装在送丝机(501)上，所述的送丝嘴(503)安装在送丝管(502)的末端，所述送丝嘴(503)通过送丝夹具(504)固定在焊枪(3)上。

5.根据权利要求1所述的一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置，其特征在于：在所述支架(12)上安装两个平行布置的导杆(21)，两个导杆(21)分别设置在丝杆(13)的上方和下方，所述焊接夹具(14)和随动夹具(15)安装在两个导杆(21)上。

6.根据权利要求1所述的一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置，其特征在于：在换能器(8)和变幅杆(7)之间设有与连接板(11)连接的法兰(16)。

7.根据权利要求4所述的一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置，其特征在于：所述焊接夹具(14)、随动夹具(15)和送丝夹具(504)为虎钳或三爪卡盘结构。

8.根据权利要求1所述的一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置，其特征在于：所述工件平台(4)为XYZ高精密移动平台。

9.根据权利要求1所述的一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置，其特征在于：所述焊接电源(2)为激光器、CMT电源或GTAW电源；所述焊枪(3)为激光焊枪、CMT焊枪或GTAW焊枪。

10.一种使用如权利要求1-9中任一项所述的金属熔丝增材制造中晶粒细化装置来晶粒细化的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一、根据实际需求选择焊接热源，确定焊丝直径、焊接速度、送丝速度、焊接电源(2)输出能量焊接参数；

步骤二、根据所选焊接热源以及焊接参数，以焊接热源中心为起点，设定焊接热源与超细超声工具头(6)之间的距离；

步骤三、调整工件平台(4)使待加工工件定位在待加工位置处；

步骤四、启动电机带动丝杆(13)旋转，丝杆(13)通过各自的夹具带动超细超声工具头(6)和焊枪(3)同步移动，即超细超声工具头(6)移动速度与焊枪(3)焊接速度相同，通保护气，同时开启送丝机(501)、焊接电源(2)和超声电源(9)，工件平台(4)配合运动，增材开始；

步骤五、增材开始后形成熔池，超声将会通过超细超声工具头(6)传入熔池，发生声空化效应与声流效应，改善熔池凝固过程；

步骤六、待所需构件完成时，先关闭送丝机构(5)，然后同时关闭超声电源(9)与焊接电源(2)，增材工作结束。