[发明专利]电磁感应加热主动控制电弧增材制造层间温度的方法

摘要

本发明公开了一种电磁感应加热主动控制电弧增材制造层间温度的方法，其特征在于，其成形系统主要由计算机，电弧熔敷控制系统、六轴机器人Ⅰ、主控系统Ⅰ、温度闭环控制系统等构成，所述的温度闭环控制系统由温度闭环控制装置Ⅱ及主控系统Ⅱ组成。温度闭环控制装置Ⅱ中安装红外线测温仪、电磁感应加热线圈及冷却装置。在增材制造过程中，红外线测温仪用于测量每一层堆积结束后表面温度的变化，并测量值实时传输给计算机。根据预先设定的层间温度，计算机通过主控系统Ⅱ控制电磁感应加热线圈及冷却装置对零件的部分先成形件施加感应加热或强制冷却作用以实现主动控制层间温度的目的。本发明为主动控制电弧增材制造层间温度提供了一种有效方法。

主权项

1.一种电磁感应加热主动控制电弧增材制造层间温度的方法，其特征在于：所述的电弧增材制造层间温度是指基于MAG焊、MIG焊或CMT焊为热源，采用同步送丝的方式制造以不锈钢、高强度合金钢及碳钢为原料的金属零件过程中的层间温度，所述的电磁感应加热主动控制电弧增材制造层间温度方法的成形系统主要由计算机（1）、主控系统Ⅰ、电弧熔敷控制系统（3）、保护气气瓶（4）、六轴机器人Ⅰ、温度闭环控制装置Ⅱ以及主控系统Ⅱ构成，所述的主控系统Ⅰ及电弧熔敷控制系统（3）用于控制六轴机器人Ⅰ上焊枪的移动轨迹及堆积工艺参数的变化，所述的温度闭环控制装置Ⅱ主要由红外线测温仪（7）、第一伺服电机（8），电磁感应加热线圈（9）、冷却装置、液压驱动装置Ⅰ、液压驱动装置Ⅱ及第二伺服电机（18）构成，所述的冷却装置主要由冷却喷嘴（11）、冷却介质管道（12）构成，所述的红外线测温仪（7）与主控系统Ⅱ连接，用于实时测量每一堆积层结束后表面温度的变化，并将测量的温度实时传输给计算机，所述的第一伺服电机（8）用于调整红外线测温仪的测温位置以快速获取堆积层表面的温度，所述的电磁感应加热线圈（9）及冷却装置通过对基板及零件的先成形部分施加感应加热或强制冷却作用以快速控制基板及每一堆积层结束后表面的温度值，所述的液压驱动装置Ⅰ及液压驱动装置Ⅱ分别用于调整电磁感应加热线圈及冷却装置的位置，所述的第二伺服电机（18）用于控制支承平板的运动状态以实时调整支承平板沿堆积高度方向下降的距离，所述的计算机与主控系统Ⅰ及主控系统Ⅱ连接用于控制电弧增材制造堆积工艺参数的变化及层间温度的主动控制；所述的电磁感应加热主动控制电弧增材制造层间温度的方法，其具体的实施步骤是：（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）根据各分层切片的尺寸和形状特点进行堆积路径的规划，生成各层成形所需的数控代码，利用生产的数控代码控制六轴机器人机械手臂的运动轨迹及温度闭环控制装置Ⅱ中支承平板沿堆积方向每次下降的距离；（3）根据材料的物理特性，预先设定层间温度值T1、T2、T3、…Tn，其中T1指堆积第1层时基板的表面温度值，Tn指堆积第n层时第n‑1层表面的温度值；（4）在逐层堆积的过程中，支承平板根据步骤（2）中分层的厚度不断下降，随着堆积层数的增加，基板及零件的先成形部分依次经过电磁感应加热线圈及冷却装置，当每一层堆积结束后，计算机通过第一伺服电机实时调整红外线测温仪的位置以快速获取堆积层的表面温度值Tn´，并将测量值实时传输给计算机，且计算机根据步骤（3）中预先设定的层间温度作出判别，即当Tn´Tn时，停止电磁感应加热，计算机通过主控系统Ⅱ开启冷却装置，并通过液压驱动装置Ⅱ实时调整冷却装置的位置对零件的先成形部分施加强制冷却作用以使层间温度快速降到Tn，当层间温度达到Tn时，计算机停止电磁感应加热及强制冷却作用，并根据步骤（2）生成的数控程序控制焊枪的堆积轨迹开始下一层堆积成形，循环上述过程，直至实现零件的实体制造。