[发明专利]一种筒体内壁加筋装置及筒体内壁加筋方法

说明书

本发明公开一种筒体内壁加筋装置及筒体内壁加筋方法，属于电弧增材制造技术领域，包括三轴移动平台和固定在三轴移动平台的移动端的悬臂梁，悬臂梁长度方向平行于X轴方向，在悬臂梁上沿长度方向分布设置有若干打印头；还包括支撑待加工的筒体的支撑结构和驱动筒体转动的转动驱动结构，筒体的轴向平行于X轴方向，悬臂梁能够伸入筒体内部，通过打印头的三轴方向的移动与筒体的转动耦合，打印头在筒体的内壁打印内筋。本发明通过将打印头伸入到筒体内部，利用打印头的三轴方向的移动与筒体的转动耦合，形成打印头在筒体的内壁上不同形状的内筋的打印，适于对不同尺寸的筒体进行内筋加工，满足不同筒体对于强度和内筋形状的不同需求。

技术领域

本发明涉及电弧增材制造技术领域，特别是涉及一种筒体内壁加筋装置及筒体内壁加筋方法。

背景技术

随着航空航天、风力发电等事业的蓬勃发展，对大型筒体体零件的需求越来越多；同时，对其工艺性能的要求也愈来愈严苛。例如，在火箭筒体的设计中，如何尽量减少筒体质量的同时保证其自身强度是目前面临的一个较为严峻的问题。风力发电一直受制于地理条件的限制，其中部分原因在于塔筒本身的重量，目前为了保证塔筒的强度，主要方式是对塔筒进行加厚处理。

为在保证强度的基础上减少质量，在火箭筒体或风电塔筒的内壁进行加筋处理是可行的方案。已有专利文献中，也有关于如何设置加强筋的方案，例如，申请公布号为CN113967800A的中国专利了一种基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺，通过激光开槽和滚压热加工的方式实现了筒体件的内筋加工，综合利用了材料切割和塑性加工，具体的，先在筒体的内径侧进行激光开槽，激光开槽所形成的沟槽即为滚压的位置，利用纵向轧筋辊自转，并缓慢沿激光开槽筒体的径向向外运动，挤压激光开槽筒体的材料，同时，分瓣筒状外模带动筒状坯料自转，且旋转方向和转速与纵向轧筋辊的自转同步，使得材料能稳定变形。由此可见，该方案采用的是去除材料和塑性成形相结合的加工方式，工艺流程复杂，且存在原材料损耗大的问题。

金属3D打印技术从原理上颠覆了传统减材加工技术，它采用将原材料逐层堆积的方式进行零部件的加工，能够大幅度的减少加工材料的损耗，简化工艺流程，最终大幅降低成本。因此，此技术可作为一种解决现有筒体加筋困难的解决方法。申请公布号为CN113927151A的中国专利公开了一种大型薄壁筒体结构加强筋特征搅拌摩擦增材制造方法及其装备，其利用同轴输送棒料进入空心搅拌工具原理的搅拌摩擦增材制造装备在已有筒底、筒段等薄壁结构上进行每层加强筋成形，由低到高层层堆叠制备完成完整的加强筋结构，薄壁是指筒体结构厚度不小于1mm，该方法适用于加强筋厚度与筒体壁厚之比超过1：1的结构，尤其是经过拓扑优化的异型加强筋结构的成形。该方案适合于对筒段进行加工，对于长度较长的筒体结构需要首先切断成为筒段才能够进行加工，会增加工艺复杂程度，且会降低筒体整体结构的强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种筒体内壁加筋装置及筒体内壁加筋方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过将打印头伸入到筒体内部，利用打印头的三轴方向的移动与筒体的转动耦合，形成打印头在筒体的内壁上不同形状的内筋的打印，适于对不同尺寸的筒体进行内筋加工，满足不同筒体对于强度和内筋形状的不同需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种筒体内壁加筋装置，包括三轴移动平台和固定在所述三轴移动平台的移动端的悬臂梁，所述悬臂梁长度方向平行于X轴方向，在所述悬臂梁上沿长度方向分布设置有若干打印头；还包括支撑待加工的筒体的支撑结构和驱动所述筒体转动的转动驱动结构，所述筒体的轴向平行于X轴方向，所述悬臂梁能够伸入所述筒体内部，通过所述打印头的三轴方向的移动与所述筒体的转动耦合，所述打印头在所述筒体的内壁打印内筋。

优选地，所述打印头分布在所述悬臂梁底部，且沿X轴方向顺次布置。

优选地，所述打印头包括焊枪和送丝管，所述焊枪和所述送丝管通过导轨组件移动设置在所述悬臂梁上，并能够沿所述悬臂梁长度方向移动。