一種電阻加熱金屬絲材熔積成形方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電阻加熱金屬絲材熔積成形方法。包括給欲制作的金屬零件建立幾何模型，并進(jìn)行分層離散；由脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)將金屬絲材與基材短路，在金屬絲材上通過(guò)可編程電流，金屬絲材與基材接觸點(diǎn)處產(chǎn)生電阻熱，使金屬絲材熔化，形成熔體；在重力作用下熔體過(guò)渡到基材上并凝固；由金屬絲材三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制金屬絲材層層熔化、過(guò)渡和凝固，直到工件各層堆積完成，即可獲得電阻加熱金屬絲材成形工件。與現(xiàn)有以高能束為熱源的成形方法，本發(fā)明有如下有益效果：利用電阻熱熔化金屬絲材不需要昂貴的設(shè)備，并極大提高了能量轉(zhuǎn)換效率，還降低了對(duì)基材的熱輸入，減少了基材的熱變形。
【專利說(shuō)明】一種電阻加熱金屬絲材熔積成形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電阻加熱金屬絲材熔積成形方法，屬于金屬零件成形加工領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出了以激光束、電子束、等離子束高能三束為加熱熱源的激光燒結(jié)法和激光熔覆成形法、電子束成形法、等離子熔積成形法等金屬零件成形方法，這些方法在航空航天、微納制造、生物醫(yī)學(xué)工程等諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，但上述方法也存在一些明顯的缺點(diǎn):
[0003]1、激光束、電子束和等離子束所用設(shè)備的投資、維護(hù)成本高，以致金屬零件的制造成本十分昂貴；
[0004]2、激光束、電子束和等離子束三種成形方法在金屬零件制造過(guò)程中將電能轉(zhuǎn)化為熱能的效率低，并且對(duì)基材熱輸入高，造成基材產(chǎn)生大的形變；
[0005]3、以高能束為主的成形方法大多以鋪設(shè)粉末為添加材料，由于制造過(guò)程中保護(hù)性氣體會(huì)吹散粉末以及粉末夾雜污物等原因，添加材料的利用率上也較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述成形方法存在的不足，提供一種能耗低、形變小的電阻加熱金屬絲材熔積成形方法。
[0007]一種電阻加熱金屬絲材熔積成形方法，包括下述步驟:
[0008]一、給欲制作的金屬零件建立幾何模型，并進(jìn)行分層離散；
[0009]二、將金屬絲材和基材分別連接在可編程電源兩極；
[0010]三、通過(guò)噴嘴向所述金屬絲材前端輸送保護(hù)性氣體；
[0011]四、通過(guò)脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)控制金屬絲材和基材短路連接，在可編程電源的電流作用下金屬絲材與基材接觸點(diǎn)處產(chǎn)生電阻熱；
[0012]五、金屬絲材前端在峰值電流作用下熱量積累并逐漸熔化，形成熔體，直到熔體直徑達(dá)到金屬絲材直徑時(shí)回抽焊絲；
[0013]六、熔體在重力作用驅(qū)動(dòng)下過(guò)渡到基材并凝固成形，回抽的焊絲在基值電流作用下繼續(xù)預(yù)熱；
[0014]七、脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)沿XV水平方向運(yùn)動(dòng)至工件的下一個(gè)實(shí)心位置，重復(fù)執(zhí)行步驟四至步驟六的過(guò)程，直到金屬絲材成形于工件中本層全部的實(shí)心位置；
[0015]八、脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)向上移動(dòng)一個(gè)層高，重復(fù)執(zhí)行步驟四至步驟七的過(guò)程，直到金屬絲材成形于工件中各層實(shí)心位置上，堆積成一個(gè)實(shí)體；
[0016]九、去除實(shí)體底部的基材，獲得成形金屬工件。
[0017]所述金屬絲材直徑? 1.6111111。
[0018]所述基材在具體選用時(shí)應(yīng)與所述金屬絲材成分接近，以保證絲材熔化后能與其熔口 0
[0019]所述保護(hù)性氣體包括氬氣、氮?dú)饣蚝狻?br> [0020]與現(xiàn)有以高能束為熱源的成形方法相比，本發(fā)明電阻加熱金屬絲材熔積成形方法具有以下特點(diǎn):
[0021]1)使用電阻熱作為金屬絲材的加熱源，不需要使用價(jià)格昂貴的高能束(激光束、電子束、等離子束)熱源設(shè)備，設(shè)備投資和維護(hù)成本大大降低。
[0022]2)成形過(guò)程中產(chǎn)生的電阻熱除了熱擴(kuò)散和熱輻射，絕大部分用于熔化金屬絲材，不僅極大提高了能量轉(zhuǎn)換效率，還降低了對(duì)基材的熱輸入，減少了基材熱變形。
[0023]3)使用金屬絲材作為添加材料，不會(huì)被保護(hù)氣體被吹散或被熔渣污染，提高了原材料利用率。
[0024]本發(fā)明電阻加熱金屬絲材熔積成形的具體方法由以下附圖和實(shí)施例詳細(xì)給出。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是電阻加熱金屬絲材熔積成形方法的示意圖。
[0026]圖中:1-可編程電源、2-導(dǎo)絲輪、3-脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)及三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、4-金屬絲材、5-導(dǎo)電嘴、6-噴嘴、7-基材。

【具體實(shí)施方式】
[0027]本實(shí)施例采用的設(shè)備包括:可編程電源1和脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)3。可編程電源1為電焊機(jī)；脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)3具有脈動(dòng)送絲和三維運(yùn)動(dòng)功能，三維運(yùn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)(圖中未顯示)控制。金屬絲材4為直徑1.2111111的現(xiàn)304不銹鋼焊絲，基材7是0019附9不銹鋼板，保護(hù)性氣體為氬氣。所述可編程電流基值電流為20?40安培，峰值電流為120?180安培。
[0028]如果電流太小，金屬絲材熔化量太少，熔體不會(huì)在重力作用下過(guò)渡到基材，而是被絲材回抽帶走；如果電流太大，絲材還未回抽，恪體就會(huì)爆斷。
[0029]具體成形工藝包括以下步驟:
[0030]一、給欲制作的金屬零件建立幾何模型，并進(jìn)行分層離散；由計(jì)算機(jī)中的軟件完成制件模型的切片處理，生成制件各層數(shù)據(jù)后，對(duì)脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)的三維運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制；
[0031]二、將￡8304不銹鋼焊絲4和不銹鋼板7分別連接在可編程電源1兩極；
[0032]三、通過(guò)噴嘴5向所述￡8304不銹鋼焊絲4前端輸送保護(hù)性氣體氬氣；
[0033]四、通過(guò)脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)3控制￡8304不銹鋼焊絲4和不銹鋼板7短路連接，在可編程電流(基值25安培、峰值160安培)作用下￡8304不銹鋼焊絲4與不銹鋼板7接觸點(diǎn)處產(chǎn)生電阻熱；
[0034]五、焊絲前端在峰值電流(160安培)作用下熱量積累并逐漸熔化，形成熔體，直到熔體直徑為1.2111111時(shí)回抽焊絲；
[0035]六、熔體在重力作用驅(qū)動(dòng)下過(guò)渡到不銹鋼板7并凝固成形，回抽的焊絲在基值電流(25安培)作用下繼續(xù)預(yù)熱；
[0036]七、脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)3沿IX水平方向運(yùn)動(dòng)至工件的下一個(gè)實(shí)心位置，重復(fù)執(zhí)行步驟四至步驟六的過(guò)程，直到焊絲成形于工件中本層全部的實(shí)心位置；
[0037]八、脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)3向上移動(dòng)一個(gè)層高重復(fù)執(zhí)行步驟四至步驟七的過(guò)程，直到焊絲成形于工件中各層實(shí)心位置上，堆積成一個(gè)實(shí)體；
[0038]九、去除實(shí)體底部的不銹鋼板7，獲得成形金屬工件。
[0039]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其架構(gòu)形式能夠靈活多變，可以派生系列產(chǎn)品。只是做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電阻加熱金屬絲材熔積成形方法，其特征在于:包括下述步驟: 一、給欲制作的金屬零件建立幾何模型，并進(jìn)行分層離散； 二、將金屬絲材和基材分別連接在可編程電源兩極； 三、通過(guò)噴嘴向所述金屬絲材前端輸送保護(hù)性氣體； 四、通過(guò)脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)控制金屬絲材和基材短路連接，在可編程電源的電流作用下金屬絲材與基材接觸點(diǎn)處產(chǎn)生電阻熱； 五、金屬絲材前端在電流作用下熱量積累并逐漸熔化，形成熔體，直到熔體直徑等于金屬絲材直徑時(shí)回抽焊絲； 六、熔體在重力作用驅(qū)動(dòng)下過(guò)渡到基材并凝固成形，回抽的焊絲在電流作用下繼續(xù)預(yù)執(zhí).七、脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)沿XY水平方向運(yùn)動(dòng)至工件的下一個(gè)實(shí)心位置，重復(fù)執(zhí)行步驟四至步驟六的過(guò)程，直到金屬絲材成形于工件中本層全部的實(shí)心位置； 八、脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)向上移動(dòng)一個(gè)層高，重復(fù)執(zhí)行步驟四至步驟七的過(guò)程，直到金屬絲材成形于工件中各層實(shí)心位置上，堆積成一個(gè)實(shí)體； 九、去除實(shí)體底部的基材，獲得成形金屬工件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻加熱金屬絲材熔積成形方法，其特征在于:所述保護(hù)性氣體氬氣、氮?dú)饣蚝狻?br> 【文檔編號(hào)】B23K11/00GK104475951SQ201410641856
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月9日
【發(fā)明者】陳樹君, 王立偉, 祁俊峰, 王建新, 龔金龍, 賈亞洲 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)