[发明专利]一种超声振动辅助电弧增材制造控形控性的方法

摘要

本发明公开了一种超声振动辅助电弧增材制造控形控性的方法，在电弧增材制造过程中，对熔池同步施加非接触式超声振动破碎熔池内的晶粒、抑制晶粒长大实现晶粒的细化；同时，通过有效利用先成形部分的残余热量，保证了刀头与熔敷层表面接触处的材料处于软化状态，通过给刀头施加超声振动，使刀头以高频冲击熔熔敷层表面对表面进行光整加工及表面强化处理以提高熔敷层尺寸精度，降低其残余应力，细化表面晶粒，从而实现电弧增材制造控形控性的目的。该发明不仅降低甚至避免了残余热积累量对零件件晶粒的粗化作用及翘曲变的严重影响，而且提高了刀头的服役周期，减少了零件的后续加工处理。该发明为电弧增材制造技术控形控性提供了一种有效方法。

主权项

1.一种超声振动辅助电弧增材制造控形控性的方法，所述的超声振动辅助电弧增材制造控形控性的方法采用如下装置，包括：计算机、电弧熔敷控制装置、焊枪、保护气气瓶、送丝机构、超声波发生器Ⅰ、超声波换能器Ⅰ、超声波变幅杆Ⅰ、超声波发生器Ⅱ、超声波换能器Ⅱ、超声波变幅杆Ⅱ、安装在超声波变幅杆Ⅱ前端的刀头、刀头加工路径控制系统、红外热成像仪、熔敷基材、升降机构、移动平台、以及安装在移动平台上的夹具，所述的电弧熔敷控制装置与焊枪、保护气气瓶及送丝机构相连接，所述的超声波发生器Ⅰ与超声波换能器Ⅰ及超声波变幅杆Ⅰ相连接，所述的超声波变幅杆Ⅰ以一定的倾斜角度位于焊枪的一侧，且超声波变幅杆Ⅰ与焊枪刚性连接，焊枪安装在升降机构上，所述的超声波发生器Ⅱ与超声波换能器Ⅱ及超声波变幅杆Ⅱ依次连接，所述的计算机与移动平台、升降机构、红外热成像仪、超声波发生器Ⅰ、超声波发生器Ⅱ及刀头加工路径控制系统相连接；其特征在于：(1)零件模型的分层：根据零件的三维CAD模型，对模型进行分层处理；(2)堆积路径及刀头表面强化与光整加工路径的规划：根据各分层切片的尺寸和形状特点进行堆积路径及刀头表面强化与光整加工路径的规划，生产各层成形所需的数控代码，利用生产的数控代码控制移动平台的运动路径以及刀头表面强化与光整加工路径；(3)设定堆积成形每一层轮廓时刀头加工起始时间与电弧堆积成形起始时间的时间间隔及刀头加工处的温度范围：在堆积成形过程中，当刀头加工处的温度处于预先设定的温度范围内时，利用一定振动强度的刀头开始进行表面强化及光整加工处理，当超出设定的温度范围时，刀头停止工作，直至温度冷却至设定温度范围时，刀头再次开始进行加工处理；(4)开启超声波发生器Ⅰ，设定其功率，以TIG焊、MIG焊或MAG焊为热源，采用同步送丝的方式将熔融丝材按照步骤(2)中的堆积路径逐层堆积，同时按照步骤(2)中生成的刀头表面强化与光整加工路径及步骤(3)中预先设定的温度范围对每一熔覆层实施表面强化及光整加工处理，每一熔敷层经过刀头的加工处理之后，再开始下一层的堆积成形，刀头的表面强化及光整加工处理与电弧增材制造工艺交替进行，直至实现零件的实体制造；(5)获得具有良好表面质量及力学性能的零件。