本發(fā)明屬于金屬零件成形加工領(lǐng)域，尤其涉及一種電阻電磁感應(yīng)復(fù)合加熱金屬絲材成形方法。

背景技術(shù)：

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展，金屬零件3D打印成形技術(shù)方法不斷涌現(xiàn)，以激光束、電子束、等離子束高能三束為加熱熱源的激光燒結(jié)法和激光熔覆成形法、電子束成形法、等離子熔積成形法等金屬零件成形方法，這些方法在航空航天、微納制造、生物醫(yī)學(xué)工程等諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，但上述方法也存在一些明顯的缺點(diǎn)：

激光束、電子束和等離子束所用設(shè)備的投資、維護(hù)成本高，以致金屬零件的制造成本十分昂貴；

激光束、電子束和等離子束三種成形方法在金屬零件制造過程中并且對(duì)基材熱輸入高，造成基材產(chǎn)生大的形變，并且在制造過程中，容易造成零件和基材較大的形變；

以高能束成形主要是是由以鋪設(shè)粉末為添加材料的成形方法，容易受制保護(hù)氣的影響，導(dǎo)致粉末分布不均及其組織性能夾雜污物，使得成形效率大大降低；

電阻加熱金屬絲材加熱，在絲材加熱到熔化的過程為，電阻加熱熔絲是由固態(tài)到固液兩態(tài)，再由固液兩態(tài)直至熔化的過程。其加熱時(shí)間較長，效率低，組織性能較差；

電磁感應(yīng)金屬絲材加熱，加熱時(shí)間長，熔滴從噴頭滴出后會(huì)瞬間凝固，不能保證絲材的平緩過渡與成形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述金屬成形方法的不足，提供了一種能耗低，效率高、形變小的電阻電磁感應(yīng)復(fù)合加熱金屬絲材成形方法。

一種電阻電磁感應(yīng)復(fù)合加熱金屬絲材成形方法，包括以下步驟：

一、通過計(jì)算機(jī)的三維制圖軟件對(duì)欲制的金屬零件建立幾何模型，設(shè)定該金屬成形工藝的運(yùn)動(dòng)軌跡；

二、根據(jù)金屬絲材，選擇電磁感應(yīng)線圈的匝數(shù)，設(shè)置電池感應(yīng)電源的工作頻率，電磁感應(yīng)線圈匝數(shù)和頻率跟金屬材料相關(guān)；

三、導(dǎo)電嘴和基材短接在可編程電源兩極；

四、通過氣體保護(hù)罩向由電磁感應(yīng)線圈構(gòu)成的電磁感應(yīng)加熱區(qū)域和由導(dǎo)電嘴構(gòu)成的電阻加熱區(qū)域輸送保護(hù)性氣體，當(dāng)金屬絲材通過電磁感應(yīng)線圈時(shí)，電磁感應(yīng)加熱電源對(duì)金屬絲材進(jìn)行加熱預(yù)處理；

五、金屬絲材通過電磁感應(yīng)線圈后，繼續(xù)送給，以接觸方式穿過導(dǎo)電嘴，使金屬絲材和基材短路；

六、金屬絲材和基材短路后產(chǎn)生電阻熱，在原始電磁感應(yīng)加熱的溫度下，絲材開始熔化并形成熔體；

七、脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)采用送-停-送-停的進(jìn)給方式進(jìn)行，促進(jìn)熔滴的穩(wěn)定過渡，熔體在重力作用下驅(qū)動(dòng)過渡到基材并凝固成形；

八、三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)帶著脈動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)沿水平方向運(yùn)動(dòng)，至本層金屬實(shí)體成形；

九、三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)向上移動(dòng)一個(gè)層高，重復(fù)步驟五至步驟八，按照原先設(shè)定幾何模型的運(yùn)動(dòng)軌跡堆積成金屬零件實(shí)體；

十、取出實(shí)體底部的基材獲得成形的金屬零件。

作為優(yōu)選，所述的金屬絲材的熔點(diǎn)溫度必須要遠(yuǎn)小于導(dǎo)電嘴的熔點(diǎn)溫度。

作為優(yōu)選，所述金屬絲材的直徑為：1.6mm≥d≥0.3mm。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電嘴到基材的距離為：8mm≥L≥2mm。

作為優(yōu)選，所選擇基材的熔點(diǎn)溫度應(yīng)小于等于金屬絲材的熔點(diǎn)溫度。

作為優(yōu)選，金屬絲材為低碳鋼Q235，基材為Q235D低碳鋼板。

作為優(yōu)選，所述保護(hù)性氣體氫氣、氮?dú)饣蚝狻?/p>

與現(xiàn)有的金屬成形方法相比，本發(fā)明電阻電磁感應(yīng)復(fù)合加熱金屬絲材成形方法具有以下特點(diǎn)：

1)、以電磁感應(yīng)加熱和電阻熱為金屬絲材的熱源，不需要使用價(jià)格昂貴，體積大的高能束(激光束、電子束、等離子束)熱源設(shè)備，設(shè)備的投資和維護(hù)成本大大降低。

2)、以電磁感應(yīng)加熱、電阻熱的先后順序加熱，其熱量絕大多數(shù)用于熔化金屬絲材，并且金屬絲材由固態(tài)到固液兩態(tài)和固液兩態(tài)到液態(tài)同時(shí)進(jìn)行，比電阻加熱金屬絲材熔積成形的時(shí)間縮短了一半以上，大大的提高了效率，還降低了對(duì)基材的熱輸入，減少了基材的變形。

3)、與鋪設(shè)粉末為添加材料的成形方法相比，使用金屬絲材作為添加材料，不會(huì)導(dǎo)致粉末被保護(hù)氣體吹散或者被污染，提高了材料的利用率。

4)、在金屬成形過程中，沒有電弧的存在，保證了在真空中金屬的成形。為太空的金屬成形制造做出了鋪墊。

本發(fā)明的電阻電磁感應(yīng)復(fù)合加熱金屬絲材成形方法，通過計(jì)算機(jī)軟件建立金屬零件的幾何模型，并分層離散，設(shè)定和模擬零件的運(yùn)動(dòng)軌跡；由脈動(dòng)送送絲機(jī)構(gòu)將金屬絲材勻速送至電磁感應(yīng)加熱區(qū)域和電阻加熱區(qū)域，金屬預(yù)熱到一定溫度(小于熔點(diǎn)溫度)，帶有一定熱量的絲材持續(xù)送給直至金屬絲材與基材短路，金屬絲材與基材的接觸部位產(chǎn)生電阻熱，在電阻熱的作用下，金屬絲材熔化，形成熔體；在重力、電磁力等機(jī)械力的作用下熔體穩(wěn)定過渡到基材，并開始凝固；三維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由原先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡控制金屬絲材熔化、過渡、凝固逐步點(diǎn)、線、面、體完成金屬零件的成形工件。與現(xiàn)有的高能束為熱源和電阻熱為熱源的成形方法相比，本發(fā)明利用電磁電阻熱復(fù)合的方法熔化金屬絲材不需要昂貴的設(shè)備，降低了對(duì)基材的熱輸入，減少了基材的熱變形，通過電磁感應(yīng)預(yù)熱，效率比電阻熱熔積成形提高了一倍以上。

附圖說明

圖1電阻電磁感應(yīng)復(fù)合加熱金屬絲材成形方法的示意圖。

圖中：1-金屬絲材、2-脈動(dòng)送絲系統(tǒng)、3-保護(hù)氣體、4-氣體保護(hù)罩、5-電磁感應(yīng)電源、6-電磁感應(yīng)線圈、7-導(dǎo)電嘴、8-三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、9-可編程電源、10-熔積成形零件、11-基材。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例采用的設(shè)備包括：電磁感應(yīng)電源5、可編程電源9、脈動(dòng)送絲系統(tǒng)2和三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)8。其電磁感應(yīng)電源5和可編程電源9為熱源，電磁感應(yīng)電源5為XJH-25KW-B型號(hào)的晶體式高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，可編程電源9為特殊自制電源。所述可編程電源9一端連接基材，所述可編程電源9另一端連接導(dǎo)電嘴。脈動(dòng)送絲系統(tǒng)2是由等速送絲、緩沖器和脈動(dòng)送絲三部分構(gòu)成，三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)8是由計(jì)算機(jī)設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡來控制。金屬絲材1為直徑1.2mm的Q235低碳鋼焊絲，基材11是厚度為3mm的Q235D低碳鋼板，保護(hù)氣體未氬氣(流量為15L/min)，可編程電流波形為脈沖波形，其基值電流20～80A，峰值電流為140～260A，周期為20ms。

如果電流太小,金屬絲材熔化量較少,熔體不會(huì)在重力作用下過渡到基材，容易出現(xiàn)成形凹缺陷。如果電流太大,熔滴脫落較多,熔體就會(huì)爆斷，容易出現(xiàn)成形凸缺陷。

具體成形方法包括以下步驟：

一、選擇材料想要加工的金屬絲材為直徑1.2mm的低碳鋼Q235，查找Q235的熔點(diǎn)為1534℃，基材為Q235D低碳鋼板；

二、制作金屬零件的幾何模型，此實(shí)例以圓筒為例，進(jìn)行分層離散計(jì)算，由計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)金屬零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，生成制作數(shù)據(jù)對(duì)三維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制；

三、通過氣體保護(hù)罩4向由電磁感應(yīng)線圈6構(gòu)成的電磁感應(yīng)加熱區(qū)域和由導(dǎo)電嘴7構(gòu)成的電阻加熱區(qū)域輸送保護(hù)性氣體3，Q235金屬絲材1通過電磁感應(yīng)線圈6后，啟動(dòng)電磁感應(yīng)電源5，將預(yù)熱溫度調(diào)制1400℃左右，繼續(xù)送給，以接觸方式穿過導(dǎo)電嘴7，金屬絲材1和基材11短路后，可編程電源開始工作；

四、脈動(dòng)送絲系統(tǒng)2控制金屬絲材1脈動(dòng)送給，在可編程電源的作用下，金屬絲材1和基材11接觸部位產(chǎn)生電阻熱，此時(shí)金屬絲材1在電磁感應(yīng)加熱的作用下將至熔化，故在電阻熱作用下，極短時(shí)間內(nèi)形成了熔體；

五、熔體在重力和電磁力等機(jī)械力的作用下驅(qū)動(dòng)液態(tài)絲材過渡到基材11；

六、三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)8在XY平面內(nèi)重復(fù)步驟三到步驟五按照預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)行，在基材11上對(duì)熔積成形零件10進(jìn)行熔敷，直至焊絲成形的該層的成形實(shí)體；

七、三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)8延Z軸方向向上移動(dòng)2mm，重復(fù)步驟六的過程，堆積成圓筒實(shí)體；

八、除去底部的基材11低碳鋼板，獲得成形的金屬工件。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)例對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)例只局限于這些說明，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其架構(gòu)形式靈活多變，可以派生系列產(chǎn)品。只是做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。