本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

增材制造過程采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件制作工件三維模型，然后在計(jì)算機(jī)中對(duì)三維模型進(jìn)行分層切片處理，使三維模型離散化為一系列二維層面，對(duì)每一層面進(jìn)行路徑規(guī)劃、參數(shù)優(yōu)化，再利用能量源進(jìn)行逐層掃描并逐層添加材料，從而將三維模型轉(zhuǎn)換成實(shí)體工件。

但是，在現(xiàn)有的金屬增材制造過程中，熔融金屬在極大的溫度梯度下迅速熔化和凝固，可能在工件內(nèi)部的層與層之間、不同搭接的道與道之間等局部區(qū)域產(chǎn)生各種特殊的內(nèi)部冶金缺陷；如，局部未熔合、氣隙、卷入性和析出性氣孔、裂紋，并嚴(yán)重影響成型工件的內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能。

現(xiàn)有的金屬增材制造過程中，熔池頂部界面類似橢球體，熔池底部界面近似水平，熔池界面溫度從熔池底部到熔池頂部不斷變化，導(dǎo)致已凝固成型的部分存在熱應(yīng)力；同時(shí)，由于材料相變也會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，可能導(dǎo)致出現(xiàn)氣孔、縫隙和裂紋等瑕疵，影響成型工件表面的精度和力學(xué)性能。

此外，成型工件熔池頂部界面類似橢球體，導(dǎo)致成型層表面的平整度并不好，隨著成型層的累積和成型件尺寸的不斷增大，容易導(dǎo)致塌邊和凹陷等問題。

為此，有必要采取一定的殘余應(yīng)力釋放及性能改善措施，抑制氣孔和裂紋的出現(xiàn)，并提高成型工件表面精度，改善成型工件的制造精度和力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置并公開了所述裝置的使用方法。

其中，所述金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置包括錘擊強(qiáng)化裝置本體，直線運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件，鎖緊部件，錘擊執(zhí)行部件，錘擊調(diào)節(jié)支架，數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元和基座；其特征在于：所述直線運(yùn)動(dòng)部件與所述錘擊強(qiáng)化裝置本體固定連接；所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件與所述錘擊調(diào)節(jié)支架固定連接，其中所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件包含至少1組直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并可帶動(dòng)所述錘擊執(zhí)行部件在垂直方向產(chǎn)生位移；所述錘擊執(zhí)行部件的沖擊頭往復(fù)動(dòng)作，與處于增材制造過程中的工件接觸，實(shí)現(xiàn)錘擊作業(yè)；所述錘擊強(qiáng)化裝置本體與所述數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元連接；所述錘擊強(qiáng)化裝置本體與所述基座固定連接。

為了保障錘擊過程中所述強(qiáng)化裝置的工作穩(wěn)定性、降低噪音并提高錘擊動(dòng)作的安全性，所述金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置，其特征在于：所述鎖緊部件根據(jù)工況及所述數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元指定的位置緊固鎖死所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件于所述直線運(yùn)動(dòng)部件之上，所述工況包括但不限于系統(tǒng)啟動(dòng)初始化、系統(tǒng)緊急停車和其他需要鎖定所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件的情形；所述直線運(yùn)動(dòng)部件及所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件在所述數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元的控制下調(diào)整所述錘擊執(zhí)行部件的位置；所述數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元通過接收增材制造過程的工藝參數(shù)及控制指令確定錘擊工藝參數(shù)并跟隨增材制造工藝執(zhí)行裝置及處于增材制造過程中的工件的位置調(diào)整所述錘擊執(zhí)行部件的錘擊力及錘擊頻率。

本發(fā)明同時(shí)公開了一種金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟：

a)裝置布放，將所述金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置固定于需要進(jìn)行強(qiáng)化作業(yè)的金屬增材制造設(shè)備近前，調(diào)整所述金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置確保其所包括的部件中的基座與地基固定連接。

b)靜態(tài)檢查，確保所述金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置所包括的錘擊強(qiáng)化裝置本體，直線運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件，鎖緊部件，錘擊執(zhí)行部件，錘擊調(diào)節(jié)支架，數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元完好，沒有零件缺失，并確認(rèn)所述鎖緊部件處于鎖死狀態(tài)。

c)錘擊位置初始化，接通所述金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置的動(dòng)力源，調(diào)整所述錘擊執(zhí)行部件的沖擊頭與增材制造工藝執(zhí)行裝置作業(yè)點(diǎn)之間的距離，使所述距離與當(dāng)前的成型材料相適應(yīng)，并通過所述鎖緊部件緊固所述直線運(yùn)動(dòng)部件。

d)錘擊作業(yè)，所述增材制造工藝執(zhí)行裝置在成型路徑上進(jìn)行當(dāng)前道次的成型作業(yè)，同時(shí)啟動(dòng)所述錘擊執(zhí)行部件，通過所述錘擊執(zhí)行部件輸出持續(xù)的沖擊力，伴隨著所述增材制造工藝執(zhí)行裝置相對(duì)于增材制造過程中工件位置調(diào)整裝置的移動(dòng)，進(jìn)入凝固態(tài)的高溫成型層在所述錘擊執(zhí)行部件持續(xù)的沖擊下逐漸冷卻。

e)道次間調(diào)整，繼續(xù)進(jìn)行金屬增材制造過程，所述增材制造工藝執(zhí)行裝置在掃描路徑上進(jìn)行下一道次的成型作業(yè)，解鎖所述鎖緊部件，調(diào)整所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件，使所述錘擊執(zhí)行部件的沖擊頭移動(dòng)一個(gè)與單道次相適應(yīng)的距離，隨著所述增材制造工藝執(zhí)行裝置相對(duì)于成型路徑上的繼續(xù)移動(dòng)，所述錘擊執(zhí)行部件的沖擊頭對(duì)該道次的成型層持續(xù)進(jìn)行沖擊。

f)循環(huán)作業(yè)，伴隨金屬增材制造過程的進(jìn)行，重復(fù)所述道次間調(diào)整步驟，在成型路徑上完成余下的各道次錘擊作業(yè)直至成型件制造完成。

g)作業(yè)結(jié)束，所述金屬增材制造過程結(jié)束后，所述錘擊執(zhí)行部件繼續(xù)完成從當(dāng)前錘擊位置到成型終點(diǎn)的錘擊動(dòng)作，保存數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元，結(jié)束錘擊作業(yè)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明設(shè)置有錘擊執(zhí)行部件，其沖擊頭對(duì)成型層進(jìn)行錘擊，有效釋放成型件內(nèi)部殘余應(yīng)力，改善金屬內(nèi)部組織形態(tài)，提高組織均勻性，在改善力學(xué)性能的同時(shí)增強(qiáng)了塑性，起到抑制裂紋萌生的作用，進(jìn)而提高了成型件的疲勞壽命。

2、本發(fā)明的錘擊過程可有效降低成型件氣孔的出現(xiàn)幾率，有助于組織應(yīng)力的釋放，進(jìn)而減少裂紋的產(chǎn)生。

3、本發(fā)明可改善成型層表面的平整度，不但避免了塌邊和凹陷的發(fā)生，還有效提高了成型件的尺寸精度。

4、本發(fā)明在改善沉積層表面平整度的同時(shí)，還使成型層產(chǎn)生了微變形，并使金屬晶格發(fā)生變形，從而形成型變儲(chǔ)能，促進(jìn)金屬恢復(fù)再結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)組織應(yīng)力的釋放，進(jìn)而減小了成型件的變形，不但提高了成型件的尺寸精度，還擴(kuò)大了成型件的尺寸極限。

5、本發(fā)明通過調(diào)整錘擊力、頻率、作用時(shí)間及錘擊點(diǎn)距離成型件增材制造加工點(diǎn)的距離，可配合成型材料的差異靈活選擇錘擊方案，使得本發(fā)明可以適用不同金屬成型工件加工的需要。

6、本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元通過工藝數(shù)據(jù)的融合，可引入配合使用的增材制造設(shè)備的工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)了加工數(shù)據(jù)的共享；同時(shí)，通過工藝數(shù)據(jù)的分析處理，可用于將本發(fā)明推廣至相關(guān)的智能制造大數(shù)據(jù)平臺(tái)及相關(guān)系統(tǒng)的構(gòu)建。

附圖說明

下面通過本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施例，配合圖形詳細(xì)介紹本方案的具體內(nèi)容及實(shí)施方式，本實(shí)施例僅是為了便于本發(fā)明的公開，本發(fā)明的內(nèi)容不限于所述實(shí)施例。

圖1是本發(fā)明一種金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置實(shí)施例的工作狀態(tài)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置實(shí)施例錘擊作業(yè)的控制流程圖。

圖1中：1-錘擊強(qiáng)化裝置本體，2-直線運(yùn)動(dòng)部件，3-運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件，4-鎖緊部件，5-錘擊執(zhí)行部件，6-增材制造工藝執(zhí)行裝置，7-增材制造過程中工件位置調(diào)整裝置，8-處于增材制造過程中的工件，9-錘擊調(diào)節(jié)支架，10-數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元，11-基座。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明一種金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置及其使用方法中，所述裝置包括錘擊強(qiáng)化裝置本體1，直線運(yùn)動(dòng)部件2，運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件3，鎖緊部件4，錘擊執(zhí)行部件5，錘擊調(diào)節(jié)支架9，數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元10，基座11；其特征在于：所述直線運(yùn)動(dòng)部件2與所述錘擊強(qiáng)化裝置本體1固定連接；所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件3與所述錘擊調(diào)節(jié)支架9固定連接，其中所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件3包含至少1組直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并可帶動(dòng)所述錘擊執(zhí)行部件5在垂直方向產(chǎn)生位移；所述錘擊執(zhí)行部件5的沖擊頭往復(fù)動(dòng)作，與處于增材制造過程中的工件8接觸，實(shí)現(xiàn)錘擊作業(yè)；所述錘擊強(qiáng)化裝置本體1與所述數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元10連接；所述錘擊強(qiáng)化裝置本體1與所述基座11固定連接。

為了保障錘擊過程中所述錘擊強(qiáng)化裝置的工作穩(wěn)定性、降低噪音并提高錘擊動(dòng)作的安全性，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，其特征在于：采用所述鎖緊部件4，根據(jù)工況及所述數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元10指定的位置緊固鎖死所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件3于所述直線運(yùn)動(dòng)部件2之上，所述工況包括但不限于系統(tǒng)啟動(dòng)初始化、系統(tǒng)緊急停車和其他需要鎖定所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件3的情形；其特征還在于：所述直線運(yùn)動(dòng)部件2及所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件3在所述數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元10的控制下調(diào)整所述錘擊執(zhí)行部件5的位置，所述數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元10通過接收增材制造過程的工藝參數(shù)及控制指令確定錘擊工藝參數(shù)并跟隨增材制造工藝執(zhí)行裝置6及處于增材制造過程中的工件8的位置調(diào)整所述錘擊執(zhí)行部件5的錘擊力及錘擊頻率。

如圖1及2，本發(fā)明還公開了所述強(qiáng)化裝置的使用方法，其特征在于包括如下步驟：

a)裝置布放，將所述金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置固定于需要進(jìn)行強(qiáng)化作業(yè)的金屬增材制造設(shè)備近前，調(diào)整所述金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置確保其所包括的部件中的基座與地基固定連接。

b)靜態(tài)檢查，確保所述金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置所包括的錘擊強(qiáng)化裝置本體，直線運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件，鎖緊部件，錘擊執(zhí)行部件，錘擊調(diào)節(jié)支架，數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元完好，沒有零件缺失，并確認(rèn)所述鎖緊部件處于鎖死狀態(tài)。

c)錘擊位置初始化，接通所述金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置的動(dòng)力源，調(diào)整所述錘擊執(zhí)行部件的沖擊頭與增材制造工藝執(zhí)行裝置作業(yè)點(diǎn)之間的距離，使所述距離與當(dāng)前的成型材料相適應(yīng)，并通過所述鎖緊部件緊固所述直線運(yùn)動(dòng)部件。

d)錘擊作業(yè)，所述增材制造工藝執(zhí)行裝置在成型路徑上進(jìn)行當(dāng)前道次的成型作業(yè)，同時(shí)啟動(dòng)所述錘擊執(zhí)行部件，通過所述錘擊執(zhí)行部件輸出持續(xù)的沖擊力，伴隨著所述增材制造工藝執(zhí)行裝置相對(duì)于增材制造過程中工件位置調(diào)整裝置的移動(dòng)，進(jìn)入凝固態(tài)的高溫成型層在所述錘擊執(zhí)行部件持續(xù)的沖擊下逐漸冷卻。

e)道次間調(diào)整，繼續(xù)進(jìn)行金屬增材制造過程，所述增材制造工藝執(zhí)行裝置在掃描路徑上進(jìn)行下一道次的成型作業(yè)，解鎖所述鎖緊部件，調(diào)整所述運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件，使所述錘擊執(zhí)行部件的沖擊頭移動(dòng)一個(gè)與單道次相適應(yīng)的距離，隨著所述增材制造工藝執(zhí)行裝置相對(duì)于成型路徑上的繼續(xù)移動(dòng)，所述錘擊執(zhí)行部件的沖擊頭對(duì)該道次的成型層持續(xù)進(jìn)行沖擊。

f)循環(huán)作業(yè)，伴隨金屬增材制造過程的進(jìn)行，重復(fù)所述道次間調(diào)整步驟，在成型路徑上完成余下的各道次錘擊作業(yè)直至成型件制造完成。

g)作業(yè)結(jié)束，所述金屬增材制造過程結(jié)束后，所述錘擊執(zhí)行部件繼續(xù)完成從當(dāng)前錘擊位置到成型終點(diǎn)的錘擊工作，保存數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)處理及測(cè)量控制單元，結(jié)束錘擊作業(yè)。

本發(fā)明通過機(jī)械錘擊的方式改善了金屬增材制造過程中材料殘余應(yīng)力及工件變形對(duì)工件強(qiáng)度、精度、外形技術(shù)指標(biāo)的影響，采用簡(jiǎn)潔的直線位置控制結(jié)構(gòu)解決了錘擊作用點(diǎn)跟隨工件增材制造路徑的技術(shù)問題，同時(shí)通過對(duì)工藝參數(shù)和工況參數(shù)的綜合處理，有選擇地設(shè)置錘擊頻率、力度、持續(xù)時(shí)間，在提高本發(fā)明適用范圍的同時(shí)，改善了本發(fā)明的技術(shù)效果。

本發(fā)明所述的使用方法針對(duì)現(xiàn)有的金屬增材制造設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，如圖2是本發(fā)明一種金屬增材制造過程中工件的錘擊強(qiáng)化裝置實(shí)施例錘擊作業(yè)的控制流程圖，所述控制流程圖作為實(shí)施本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案存在，但本發(fā)明不限于本優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)容，任何在本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)的修改和替換，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。