【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属增材制造领域，涉及金属制造的装置，具体涉及一种受控电弧增材及可控形变复合成形方法与装置。
技术介绍
1、电弧增材制造技术是以电弧为热源，在预先规划的增材路径上将丝材熔化，通过机械设备的编码规划运动路径，逐层堆积形成三维金属零部件。该技术具有沉积效率高、开放性好、灵活性高、成本低、生产周期短等特点，被广泛应用于各种中大型复杂零件的制造，特别是应用在航空航天、压力容器、特种车辆等大型结构件的快速成形。
2、然而，电弧增材制造成形过程中热输入高、熔池的体积大，造成焊道成形稳定性和成形精度难以控制，且由于电弧增材制造的快速非平衡凝固工艺特征，易在工件中形成外延式生长的粗大柱状晶及气孔，严重影响电弧增材制造的工件性能，制约了该技术的发展。由于高氮钢氮含量高，在增材过程中易出现固溶氮损失、微型氮气孔、裂纹以及氮化物析出等问题，严重影响成形件的性能。cn202410111037.5专利中提出采用双面激光冲击强化+双面喷丸强化复合形变表面强化新工艺，调控并改善了增材制造的合金强化层组织，该专利所用强化方法仅能提升工件表面力学性能，而工件内部维持了原有性能。cn202310138762.7专利中提出采用压扭复合冷变形工艺，通过形变强化改善工件组织及力学性能，然而该专利提出的冷变形工艺仅能处理特定形状的工件，对于具有复杂结构的工件难以处理，此外，对于屈服强度大塑性变形抗力大的材料，冷变形较困难。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种受控电弧增材及可控形变复合成形
2、基于上述问题，本专利技术提出受控电弧增材及温度可控形变复合成形工艺，对工件已增材部分逐层逐道进行温度可控的形变处理，及时碎化工件内部晶粒、压实气孔缺陷，改善微观组织与成形质量，解决了复杂结构工件难以整体形变强化，对提高增材工件的综合性能具有重要意义。实现本专利技术的技术解决方案为：
3、包括机器人受控电弧增材制造系统和温度可控形变系统；
4、机器人受控电弧增材制造系统用于工件的增材，包括六轴弧焊机器人及控制柜、受控电弧增材枪体、增材电源、工作台，工作台上设置有纵向贯通式滑动轨道，基板通过滑块与轨道连接，实现基板在增材过程中平稳移动；
5、温度可控形变系统包括感应加热装置、红外测温装置和固定龙门液压加载形变装置，感应加热装置用于加热工件至合适温度，确保增材工件在变形前保持热态金属状态；红外测温装置用于实时获取增材工件的温度；所述固定龙门液压加载形变装置用于对热态金属工件滚压变形。
6、作为上述方案的进一步设置，机器人受控电弧增材制造系统包括工作台，所述工作台上设置有纵向贯通式滑动轨道，基板通过滑块与轨道连接，实现在增材过程中基板平稳移动，所述基板用于金属沉积；
7、还包括受控电弧增材机器人机械臂，受控电弧增材枪体，所述受控电弧增材机器人机械臂和受控电弧增材枪体固定不动，用于在基板上进行工件的金属沉积加工；
8、还包括增材电源，送丝机，保护气装置及控制受控电弧增材机器人机械臂增材运动轨迹的控制系统。
9、作为上述方案的进一步设置，感应加热装置包括高频感应加热设备、感应加热电源；所述高频感应加热设备用于对增材工件局部热处理，该装置加热速度的调节范围为0℃/s～400℃/s，功率调节范围为0～100kw，输出功率能够使距表面8mm深度内的增材工件在3～5秒达到800摄氏度；所述高频感应加热设备的最高加热温度可达1000℃；所述感应加热电源用于向该加热装置提供电源；
10、作为上述方案的进一步设置，红外测温装置为红外热像仪，所述红外热像仪探头正对基板位置，测温范围为0℃～1500℃；
11、作为上述方案的进一步设置，固定龙门液压加载形变装置包括工作台，活动横梁，顶出缸，上横梁，主缸，液压传动系统，电控系统，滚轮；固定龙门液压加载形变装置是利用液压油的压力作用，把液压油经液压泵输送到主缸，当液压油进入主缸内，活塞将主缸内的液压油挤压到顶出缸中，产生压力，顶出缸内的液压油也会被活塞挤压出来，形成液压补偿系统，使液压油一直保持一定的压力，从而产生液压力，进而推动主缸的活塞上下运动，实现液压机的运作；该液压加载装置最大可施加200吨压力，可实现金属工件的大变形；主缸的移动行程由行程开关控制，主缸和顶出缸的压力通过调压阀调节，活动横梁上下移动，赋予滚轮压力；对滚轮下压量进行调节，通过放大器对滚轮下压量放大处理，向伺服阀施加输出，驱动液压系统工作，使得滚轮下压量达到预设定值；所述主缸内的位置传感器能实时捕捉滚轮的位置，从而产生一个反馈值，若反馈值与预设值一样，则表明滚轮完成预设下压量，液压系统停止工作；
12、一种采用上述的受控电弧增材及可控形变复合成形的方法，包括以下步骤：
13、步骤(1)：规划增材路径；
14、步骤(2)：对基板表面预处理，将基板与工作台上的滑动轨道通过滑块连接，将红外热像仪固定并调整角度，使其探头正对基板位置，用于对增材过程的温度进行实时测量；
15、步骤(3)：自基板左端，即远离固定龙门液压加载形变装置一侧开始起弧进行单层增材；
16、步骤(4)：基板在增材结束后向右侧移动，基板移动至液压加载形变装置正下方时，感应加热装置对增材工件加热至合适温度；
17、步骤(5)：红外测温装置获取增材工件温度，当工件温度达到预设温度后，滚轮下压，完成对工件滚压变形；
18、步骤(6)：基板回到初始位置，当工件冷却到预先设定的温度后，进行下一层增材；
19、步骤(7)：重复步骤(3)-(6)，直至完成得到一体化增材成形件。
20、本专利技术与现有技术相比，其优点在于：本专利技术提出的一种受控电弧增材及可控形变复合成形方法与装置，结构设计合理且操作简单，可根据不同变形量设置不同压力使工件获得不同程度的变形，且该液压加载装置最大可施加200吨压力，可用于实现对金属工件的大变形；将固定龙门液压加载形变装置与机器人受控电弧增材制造平台复合成一个增材及形变的复合成形系统，同时设有感应加热装置，使得增材工件在变形前维持热态金属状态，红外热像仪对增材工件实时测量，确保工件在受到滚轮下压前达到预设温度，实现在线热轧，来解决目前电弧增材制造金属工件的过程中由于热输入高和熔池体积大，易导致组织粗大、焊道成形稳定性差，工件成形精度不高，且由于增材工件内部的残余应力导致工件变形较大甚至引发开裂等问题，及时碎化晶粒、压实气孔缺陷，改善工件内部微观组织与成形质量，达到提高金属增材工件的综合性能的目的。
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1.一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，包括机器人受控电弧增材制造系统和温度可控形变系统；
2.根据权利要求1所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，感应加热装置包括高频感应加热设备、感应加热电源；
4.根据权利要求3所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，该装置加热速度的调节范围为0℃/s～400℃/s，功率调节范围为0～100kW，输出功率能够使距表面8mm深度内的增材工件在3～5秒达到800摄氏度。
5.根据权利要求3所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，所述高频感应加热设备的最高加热温度为1000℃。
6.根据权利要求3所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，所述感应加热电源用于向该加热装置提供电源。
7.根据权利要求3所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，红外测温装置为红外热像仪，所述红外热像仪的探头正对基板位置，
8.根据权利要求1所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，固定龙门液压加载形变装置包括工作台，活动横梁，顶出缸，上横梁，主缸，液压传动系统，电控系统，滚轮；固定龙门液压加载形变装置是利用液压油的压力作用，把液压油经液压泵输送到主缸，当液压油进入主缸内，活塞将主缸内的液压油挤压到顶出缸中，产生压力，顶出缸内的液压油也会被活塞挤压出来，形成液压补偿系统，使液压油一直保持一定的压力，从而产生液压力，进而推动主缸的活塞上下运动，实现液压机的运作；
9.一种基于权利要求1-8任一项所述的电弧增材系统进行增材的方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，包括机器人受控电弧增材制造系统和温度可控形变系统；
2.根据权利要求1所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，感应加热装置包括高频感应加热设备、感应加热电源；
4.根据权利要求3所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，该装置加热速度的调节范围为0℃/s～400℃/s，功率调节范围为0～100kw，输出功率能够使距表面8mm深度内的增材工件在3～5秒达到800摄氏度。
5.根据权利要求3所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，所述高频感应加热设备的最高加热温度为1000℃。
6.根据权利要求3所述的一种受控电弧增材及可控形变复合成形装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王克鸿，刘倩茹，段梦伟，高鹏飞，彭勇，周琦，章晓勇，黄勇，郭顺，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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