[发明专利]一种超声辅助增材成形平衡位置振幅改变控制方法及装置

说明书

本发明涉及一种超声辅助增材成形平衡位置振幅改变控制方法，包括：将超声波发生器和增材成形所用的基板进行固定安装，测试其频率f；根据成形材料的类型和成形的温度梯度，制作标准试样，利用超声波发生器测试其在标准试样的传播速度v；依据频率f及传播速度v，确定超声波在材料增材工况下的波长λ；根据要成形件的高度和振动需求，通过改变变幅杆长度来实现增材成形平衡位置的振幅从无到有到增强。本发明还涉及一种超声辅助增材成形平衡位置增强的控制装置。该超声辅助增材成形平衡位置振幅改变控制方法及装置的目的是解决超声振动对增材制造纵向零振幅增幅过渡的问题。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种超声辅助增材成形平衡位置振幅改变控制方法及装置。

背景技术

随着技术发展的进步，在金属材料增材纤维增强复合材料，复合增材及其不同能场的辅助叠加耦合逐渐使得增材制造构件的性能不断提升，使其应用范围也在不断的扩大，其中超声波辅助增材成形方法就是其一，充分利用了超声波高频振动的功能，金属增材中使振动转化为促使结晶形核动能，使得金属增材组织更加均匀，晶粒更加细小，使得增材构件达到高强高韧的可能性大大增加，因此该工艺方法备受大家关注。

超声辅助增材本质上是将超声加工设备和基板固定在一起，使其振动能传递到基板以及沉积的坯料和熔池上，但是超声波在不同材料中传递时，存在频率、波速和波长的差异，均满足：

v=λ×f（1）；

式中，v为超声波传播速度（m/s），λ为波长（m），f为超声波的频率。

超声波传播从压电陶瓷末端开始就遵守公式（1）的传播特征，经过换能器和变幅杆发出，超声加工设备出厂以后，超声波从变幅杆出来的频率和波长均已固定，唯一可调的是振幅，然而为了实现辅助增材的效果，需要将变幅杆与增材基板刚性连接，这样使得系统波长和传播速度再次变化，但是从基板发出的超声波是具有一定的特征参数，在基板上成形时，超声波会基于不同的材料，不同的温度和材料的密度有关，因此在超声辅助增材制造过程，有效作用时间是在熔池内结晶形核和凝固或者复合材料固化的时候，但实际上由于机械波振动的周期性，就会出现有些处于波峰和波谷的位置剧烈振动，且细化效果明显，有些处于平衡位置则基本不振动，效果全无，因此如何改善超声对增材的振动纵向零振幅作用是目前提高超声辅助增材成形的主要问题。

因此，发明人提供了一种超声辅助增材成形平衡位置振幅改变控制方法及装置。

发明内容

（1）要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种超声辅助增材成形平衡位置振幅改变控制方法，通过根据不同的基板及成形材料，计算出超声复合时的频率和传播速度，通过传播速度和频率，计算出波长，根据增材成形单层厚度，以及随着厚度的增加，不同的波长采用不同的超振动赋能方式，使沉积层始终处于近波峰的振动状态，解决了超声对增材纵向零振幅增幅过渡的问题。。

（2）技术方案

本发明的实施例的第一方面提供了一种超声辅助增材成形平衡位置振幅改变控制方法，该方法包括以下步骤：

将超声波发生器和增材成形所用的基板进行固定安装，测试其频率f；

根据成形材料的类型和成形的温度梯度，制作标准试样，利用所述超声波发生器测试其在所述标准试样的传播速度v；