一種電子束快速成形填絲加工裝置的製作方法
2023-04-30 18:24:11
專利名稱：一種電子束快速成形填絲加工裝置的製作方法
技術領域：
本發明是一種電子束快速成形填絲加工裝置，屬於電子束快速成形加工技術領域。
背景技術：
電子束填絲加工包括電子束填絲焊接、堆焊、表面熔敷、快速成形等。電子束熔絲沉積快速製造技術是電子束填絲加工技術和快速成形思想相結合的而產生的新型製造技術。國際上現有電子束快速成形裝置的電子槍有兩種安裝方式，一種固定於真空室外部，一種安裝在真空室內的運動機構上。 2007年，美國航空航天局(NASA) Langley Research Center獲得了美國專利(US7, 168,935 BI)，其特點是具有一個真空室，電子槍固定於真空室上部，單一送絲系統懸掛在真空室內頂部，具有三維(X、Y、Z)工作檯。基於該專利研製的設備較為輕便，主要用於空間微重力條件下的成形技術研究。美國Sciaky公司生產的電子束快速成形加工設備電子槍為可移動式。快速成形時，需要保證絲材與電子槍的相對位置固定；在固定式電子槍裝置中，送絲機構固定於真空室內壁上；在可移動式電子槍裝置中，送絲機構與電子槍固定在真空室內的運動機構上。現有電子束快速成形裝置的送絲機構與加工的零件處於同一真空室中，當儲絲輪上的金屬絲材使用完畢而零件還沒有加工完成時，要補充絲材，必須使真空室放氣。由於高溫的零件暴露在空氣中會迅速氧化，為避免零件氧化，需要使零件冷卻到較低溫度再放氣，由於真空中散熱困難，零件冷卻十分緩慢。大型零件冷卻下來需要數十小時，完全加工完畢需要頻繁補充絲材，耗費大量換絲時間，效率很低。在進行梯度材料製備或零件加工時，各部分所需材料不一樣。現有加工方法是先用一種絲材加工一部分，當絲材用完或更換其他材料時，需要將零件冷卻，放氣、換絲；每一次換絲過程都會因冷卻零件和抽真空耗費大量時間。
發明內容
本發明正是針對上述現有技術中存在的缺點而設計提供了一種電子束快速成形填絲加工裝置，其目的是為了解決現有裝置中送絲機構與零件始終處於同一真空室，造成換絲時間過長的缺點，同時能夠實現多路送絲和多成分梯度材料或結構的高效製備加工。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的該種電子束快速成形填絲加工裝置，包括高壓電源(I)、真空機組(2)、真空室
(3)、和控制櫃(5)，在真空室(3)內設置多軸工作檯(4)，電子槍(10)安裝在真空室(3)的頂部並通過高壓電纜(11)與高壓電源(I)連接，其特徵在於在真空室(3)的外部設置一個或兩個送絲系統真空室(8)，送絲系統真空室(8)與真空室(3)之間通過閥門(12)連接，在送絲系統真空室(8)內設置送絲系統(7)和三維對準機構(9)，三維對準機構(9)具有兩個工位，分別是送絲工位和換絲工位，三維對準機構(9)可以在這兩個工位之間移動，由電機驅動，三維對準機構(9)在換絲工位時完全處於送絲系統真空室(8)內，閥門(12)可以關閉使送絲系統真空室(8)與真空室(3)隔離。在真空室(3)外部設置兩個送絲系統真空室(8)圍繞電子槍(10)對稱安裝。本發明技術方案的特點是I.三維對準機構由電機驅動，可以放置在獨立的小型送絲系統真空室中，與主真空室之間用閥門隔開，工作時，閥門打開，三維對準機構帶動送絲導嘴運動至送絲工位，實施加工。需補充絲材時，三維對準機構帶動送絲導嘴運動至送絲系統真空室，閥門關閉。送絲系統真空室放氣，補充絲材後，再抽真空，直到與真空室真空度一致，再次打開閥門，三維
對準機構帶動送絲導嘴運動至送絲工位，實施加工。由於送絲機構及送絲系統真空室可以圍繞電子槍布置兩個，因此當其中一個需放氣補絲時，另一個送絲系統可接續加工，因而零件的加工過程不會因補絲而中斷。另外由於有兩個送絲系統真空室，每個送絲系統真空室中又可以至少布置兩路獨立送絲系統，因此，多種材料梯度結構的連續加工也可以實現。2.採用固定電子槍方式，電子槍布置在真空室外，多軸工作檯安裝在真空室內，以多軸工作檯的運動實現束流與工件的相對運動，形成加工軌跡；工作檯具有X、Y、Z、A、B多個運動軸，可實現多軸聯動，能夠加工複雜形狀零件。
圖I為本發明裝置的整體結構示意2為本發明裝置中三維對準機構處於送絲系統真空室內的位置結構示意中1.高壓電源2.真空機組3.真空室4.多軸工作檯5.控制櫃6.真空機組7送絲系統8.送絲系統真空室9.三維對準機構10.電子槍11.高壓電纜12.閥門13.送絲導嘴14.工件15.電子束流16.金屬絲材17.儲絲輪18.矯直機19.送絲機
具體實施例方式以下將結合附圖和實施例對本發明技術方案作進一步地詳述參見附圖I 2所示，該種電子束快速成形填絲加工裝置，包括高壓電源I、真空機組2、真空室3和控制櫃5，在真空室3內設置多軸工作檯4，電子槍10安裝在真空室3的頂部並通過高壓電纜11與高壓電源I連接，其功能是產生高能電子束流，其特徵在於在真空室3的外部設置一個或兩個送絲系統真空室8，送絲系統真空室8與真空室3之間通過閥門12連接，在送絲系統真空室8內設置送絲系統7和三維對準機構9，送絲系統真空室8由真空機組6提供真空條件，三維對準機構9具有兩個工位，分別是送絲工位和換絲工位，三維對準機構9可以在這兩個工位之間移動，三維對準機構9在換絲工位時完全處於送絲系統真空室8內，閥門12可以關閉使送絲系統真空室8與真空室3隔離。在真空室3外部設置兩個送絲系統真空室8圍繞電子槍10對稱安裝。送絲系統真空室8中可以有多個送絲系統。本發明裝置的工作過程是
由數據處理軟體對零件的三維CAD模型進行分層切片處理，形成加工軌跡；在設置好加工參數後，數據處理軟體自動生成數控加工程序。將一塊與所要加工零件成分一致或接近的金屬基板固定在多軸工作檯4上。金屬絲材16纏繞在儲絲輪17上，將裝有金屬絲材16的儲絲輪17裝入送絲系統真空室8，金屬絲材16通過矯直機18進入送絲機19，送絲機19推動金屬絲材16通過送絲導嘴13送出，送絲導嘴13固定在三維對準機構9上。開始工作時，真空室3與送絲系統真空室8之間的閥門12處於關閉狀態，分別由真空機組2和真空機組6抽真空。當真空室3與送絲系統真空室8內真空度均達到10_2Pa時，閥門12開啟；三維對準機構9帶動送絲導嘴13運動至送絲工位，三維對準機構9由電機驅動，通過導軌沿三個相互垂直的方向作直線運動。當電子槍真空度達到10_3Pa時，可以開啟電子束流實施加工。電子槍10生成電子束流15，在工件14上形成熔池，多軸工作檯4帶動工件與電子束流15形成相對運動，同時金屬絲材16在電子束15作用下熔化，按照預定加工路徑堆積。當完成一個層面的加工後，多軸工作檯4下降一個層厚的固定高度，進行下一層面的加工，各層面間形成冶金結合，層層堆積。當儲絲輪17上的絲材用完時，需要補充絲材。其實施方法是關閉電子束流15，多軸工作檯4與 送絲機19停止運動。三維對準機構9帶動送絲導嘴13運動至送絲系統真空室8內的換絲工位，關閉閥門12 ;將送絲系統真空室8放氣，待壓力升至一個大氣壓時，開門，將剩餘金屬絲材16由送絲導嘴13和送絲機19中退出，取下儲絲輪17。換上裝滿絲的儲絲輪17。金屬絲材補充完畢，關閉送絲系統真空室8大門並抽真空，待真空度與真空室3內真空度一致時，開啟閥門12，再次實施加工。當有多個送絲系統7及送絲系統真空室8時，各系統可同時工作，也可以輪換接續工作，從而可實現無間斷加工，最終製造出所需零件。梯度材料製造實施方法是多個不同的儲絲輪攜帶不同的絲材，按照預先設計的程序，進行分時分區加工。
權利要求
1.一種電子束快速成形填絲加工裝置，包括高壓電源(I)、真空機組(2)、真空室(3)和控制櫃(5)，在真空室(3)內設置多軸工作檯(4)，電子槍(10)安裝在真空室(3)的頂部並通過高壓電纜(11)與高壓電源(I)連接，其特徵在於在真空室(3)的外部設置一個或兩個送絲系統真空室(8)，送絲系統真空室(8)與真空室(3)之間通過閥門(12)連接，在送絲系統真空室(8)內設置送絲系統(7)和三維對準機構(9)，三維對準機構(9)具有兩個工位，分別是送絲工位和換絲工位，三維對準機構(9)可以在這兩個工位之間移動，三維對準機構(9)在換絲工位時完全處於送絲系統真空室(8)內，閥門(12)可以關閉使送絲系統真空室⑶與真空室(3)隔離。
2.根據權利要求I所述的電子束快速成形填絲加工裝置，其特徵在於在真空室(3)外部設置兩個送絲系統真空室(8)圍繞電子槍(10)對稱安裝。
全文摘要
本發明是一種電子束快速成形填絲加工裝置，該裝置在真空室(3)內設置多軸工作檯(4)，電子槍(10)安裝在真空室(3)的頂部並通過高壓電纜(11)與高壓電源(1)連接，在真空室(3)的外部設置一個或兩個送絲系統真空室(8)，送絲系統真空室(8)與真空室(3)之間通過閥門(12)連接，在送絲系統真空室(8)內設置送絲系統(7)和三維對準機構(9)，三維對準機構(9)具有兩個工位，分別是送絲工位和換絲工位，三維對準機構(9)可以在這兩個工位之間移動，由電機驅動，三維對準機構(9)在換絲工位時完全處於送絲系統真空室(8)內，閥門(12)可以關閉使送絲系統真空室(8)與真空室(3)隔離。本發明解決了現有裝置中送絲機構與零件始終處於同一真空室，造成換絲時間過長的缺點。
文檔編號B23K15/06GK102756204SQ201210244118
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者吳冰, 鞏水利, 李晉煒, 楊光, 楊洋, 鎖紅波, 陳哲源 申請人:中國航空工業集團公司北京航空製造工程研究所