[发明专利]一种电阻电磁感应摩擦复合加热金属丝材成形方法和装置

说明书

本发明公开一种电阻电磁感应摩擦复合加热金属丝材成形装置，包括：控制器、可编程电源、电磁感应加热电源、压电控制器、脉冲送丝机构、保护气体、金属丝材、金属基材及其传感采集系统；控制器用来控制脉冲送丝机构将金属丝材与基材短路，在保护气体的保护下，控制器控制可编程电源、电磁感应加热电源、压电控制器协同加热金属丝材与金属基材，并通过传感采集系统的反馈信号闭环控制热源系统。本发明还公开一种电阻电磁感应摩擦复合加热金属丝材成形方法，本发明采用电磁感应摩擦电阻复合加热的方法熔化金属丝材与基材，可以精确控制热量输入，丝材熔化效率高，熔体过渡稳定，热源功率小，降低了对基材的热输入，减少了基材的热变形。

技术领域

本发明属于金属零件成形加工领域，尤其涉及一种电阻电磁感应摩擦复合加热金属丝材成形方法和装置。

背景技术

随着先进制造技术的迅速发展，金属零件3D打印技术的成形方法不断涌现。现如今，主要以激光束、电子束、等离子束高能三束为加热热源，其成形方法主要有激光烧结成形、激光熔敷成形、电子束快速成形、等离子熔积成形等成形方法，在航空航天、微纳制造、生物医学工程等诸多领域有着广泛的应用前景。但针对于空间环境下的成形制造，以上成形方法仍存在一些的不足之处：

能源利用：按照空间设施建设标准规范，空间单台设备功率应低于1000W，显然以激光束、电子束、等离子束高能三束为加热热源的功率都高于1000W。要满足空间环境下3D打印工艺过程及其温度场控制对能量的需求，必须采取新的能源利用方式与温度控制策略；

空间的环境对3D打印原材料形态、工艺装备类型提出了新要求，微重力环境对3D打印工艺的传热及其材料凝固过程的影响规律尚未成熟，对适应于空间的3D打印技术方法仍需进一步探索；

激光束、电子束和等离子束所用的设备，投资、维护成本高，金属零件的制造成本十分昂贵；

激光束、电子束和等离子束三种成形方法在金属零件制造过程中，对基材热输入高，造成基材产生大的形变，容易造成零件和基材较大的形变。

以电阻热为热源的电阻加热金属丝材熔积成形方法，以电阻热为热源，加热丝材熔化。减少了对金属丝材与基材的热输入，但由于基材散热较快，加热效率较低，熔体不易熔敷至基材上，存在一定的弊端。

发明内容

本发明的目的是针对上述金属成形方法的不足，提供了一种能耗低，效率高、形变小的电阻电磁感应摩擦复合加热的金属丝材成形方法和装置。

本发明提供一种电阻电磁感应摩擦复合加热金属丝材成形装置，包括：控制器、可编程电源、电磁感应加热电源、压电控制器、脉冲送丝机构、保护气体、金属丝材、金属基材及其传感采集系统；控制器用来控制脉冲送丝机构将金属丝材与基材短路，在保护气体的保护下，控制器控制可编程电源、电磁感应加热电源、压电控制器协同加热金属丝材与金属基材，并通过传感采集系统的反馈信号闭环控制热源系统；加热金属丝材与金属基材的热源是由可编程电源输出的电流流过金属体，根据自身电阻产生的电阻热；金属丝材经过电磁感应线圈，由电磁感应加热电源产生的电磁加热；金属丝材与基材接触后，压电控制器控制柱形压电促动器带动金属丝材与基材高频摩擦产生的摩擦热；三种热量复合加热金属丝材与基材熔敷成形。

作为优选，所述脉冲送丝机构是一个双电机加缓冲送丝的机构，它是由金属丝材经过等速送丝机构，经过丝材缓冲器，由直流伺服送丝机构精度控制送丝速度；压电控制器压紧柱形压电促动器带动金属丝材振动与基材摩擦，下方通过电磁感应线圈产生电磁加热，通过导电嘴将金属丝材与基材短路，并流过电流波形加热，其中摩擦加热并非一定使用柱形压电促动器产生滑动摩擦，凡依靠摩擦手段产热都为摩擦加热，摩擦加热手段通常滑动摩擦加热，旋转摩擦。

作为优选，控制器协同控制可编程电源、电磁感应线圈、压电制动器，同时控制送丝速度与热源匹配。采用传感采集系统对电信号及其图像采集，并反馈至控制器。