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CN116618816A - 一种送丝式电磁喷射增材制造装置及方法 - Google Patents

一种送丝式电磁喷射增材制造装置及方法 Download PDF

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CN116618816A
CN116618816A CN202310384530.XA CN202310384530A CN116618816A CN 116618816 A CN116618816 A CN 116618816A CN 202310384530 A CN202310384530 A CN 202310384530A CN 116618816 A CN116618816 A CN 116618816A
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CN
China
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wire
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additive manufacturing
manufacturing device
housing
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Application number
CN202310384530.XA
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张体明
谢吉林
胡锦扬
刘建良
王善林
陈玉华
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Nanchang Hangkong University
Original Assignee
Nanchang Hangkong University
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Abstract

本发明公开了一种送丝式电磁喷射增材制造装置及方法，属于表面工程技术领域。包括壳体，壳体上固定安装有交流电源盒，壳体内设置有搅拌针，还包括：固定安装在壳体内的固定座，固定座与搅拌针之间设置有加热线圈；搅拌针的下端设置有喷丝口以及与该喷丝口相适配的加热通道，加热通道的上端贯穿搅拌针与壳体固定连接，加热通道上固定安装有挤出组件；固定安装在挤出组件上的烟管，烟管的上端贯穿壳体并连接有负压风机；金属丝熔融时产生的烟尘被挤出组件内的负离子发生器电离，吸附烟气中较大的悬浮物，最后坠落，净化后的空气通过烟管排出。

Description

一种送丝式电磁喷射增材制造装置及方法
技术领域
本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种送丝式电磁喷射增材制造装置及方法。
背景技术
表面喷涂是使工件表面强化和表面防护的一门技术，目前常用的表面喷涂加工技术主要分为热喷涂技术与冷喷涂技术。热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作为热源，使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或者半熔融状态，通过高速的气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工作表面。从而形成附着牢固的表面层的加工方法。
在使用电弧作为热源时，两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连接，在金属丝端部短路的瞬间，将两根金属丝端部同时融化并在高速气流的作用下喷射到基材表面形成涂层。
由于喷涂电弧的温度较高，所以喷涂时必然有金属蒸发，在空气中停留时间较长，形成金属烟尘，容易吸入肺中，长期从事喷涂作业的工人会形成尘肺、金属热等职业病。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中由于喷涂电弧的温度较高，所以喷涂时必然有金属蒸发，在空气中停留时间较长，形成金属烟尘，容易吸入肺中，长期从事喷涂作业的工人会形成尘肺、金属热等职业病的问题，而提出的一种送丝式电磁喷射增材制造装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种送丝式电磁喷射增材制造装置，包括壳体，所述壳体上固定安装有交流电源盒，所述壳体内设置有搅拌针，还包括：固定安装在壳体内的固定座，所述固定座与搅拌针之间设置有加热线圈，所述加热线圈的输入端与交流电源盒之间通过导线连接；所述搅拌针的下端设置有喷丝口以及与该喷丝口相适配的加热通道，所述加热通道的上端贯穿搅拌针与壳体固定连接，所述加热通道上固定安装有挤出组件；固定安装在挤出组件上的烟管，所述烟管的上端贯穿壳体并连接有负压风机。
为了保护搅拌针，提高送丝的稳定性，优选地，还包括转动安装在壳体内的保护套，所述保护套的下端贯穿壳体并滑动安装有飞板，所述保护套与搅拌针之间固定安装有密封轴承。
为了对基板的表面进行搅拌摩擦产生剧烈塑性变形，使基板上的丝材进一步被碾压成致密涂层，进一步地，所述保护套上固定安装有齿环，所述壳体内固定安装有电机，所述电机的输出端固定安装有与齿环啮合连接的锥形齿。
为了提高丝材熔融后的挤出速度，更进一步地，所述挤出组件包括：固定安装在加热通道上的熔融室，所述熔融室内转动安装有两个啮合连接的挤出齿轮，所述熔融室的外壁上转动安装有与一侧挤出齿轮同轴的驱动齿轮；转动安装在搅拌针内的水平板，所述水平板的上方转动安装有两个对称设置的驱动杆，所述驱动杆的上端贯穿出搅拌针并与保护套的相对面上固定安装有磁性相反的磁块，所述水平板的下方固定安装有与驱动齿轮啮合连接的弧形齿条。
为了约束驱动杆的滑动方向，更进一步地，所述搅拌针内固定安装有滑轨座，所述驱动杆滑动安装在滑轨座内。
为了提高烟尘吸除效率，更进一步地，所述熔融室内固定安装有透气膜，所述透气膜与熔融室内顶部之间形成集烟腔。
为了滑动连接飞板，进一步地，还包括：滑动安装在壳体内的多个金属杆，所述金属杆上套有电磁脉冲圈，所述金属杆的下端贯穿出壳体并共同安装有驱动板，所述驱动板靠近飞板的一侧设置有滑槽以及配合滑动在滑槽内的连接杆，所述连接杆的下端与飞板固定连接。
为了控制电磁脉冲圈同时对金属杆通电或者断电，更进一步地，所述壳体内固定安装有限位座，所述限位座上沿圆周等距安装有限位套，相邻所述电磁脉冲圈之间连接的金属线固定在限位套内。
为了控制飞板高速运动，进一步地，所述固定座的上表面向内延伸开设有凹槽，所述凹槽内弹性连接有多个推杆，所述齿环下方固定安装有与推杆顶端相接触的推板。
一种送丝式电磁喷射增材制造方法，操作步骤如下：
步骤1：丝材由送丝机构送至搅拌针加热成熔融状态；
步骤2：飞板携带熔融材料高速撞击基板形成冶金结合；
步骤3：电机驱动保护套旋转使飞板进行搅拌摩擦碾压运动。
与现有技术相比，本发明提供了一种送丝式电磁喷射增材制造装置及方法，具备以下有益效果：
1、该送丝式电磁喷射增材制造装置，连续送进的两根金属丝分别进入搅拌针内的加热通道内，加热线圈对加热通道加热，加热通道内的金属丝逐步受热成为熔融物质，熔融物质进入熔融室内，金属丝熔融时产生的烟尘透过透气膜进入集烟腔内汇合，在集烟腔内固定安装有负离子发生器，电流经过负离子发生器后形成直流负高压，然后从发射头发射出大量游离电子，吸附烟气中较大的悬浮物，最后坠落，净化后的空气通过烟管排出；
2、该送丝式电磁喷射增材制造装置，保护套在旋转期间，保护套上的磁块依次吸附两个驱动杆上升，上升的驱动杆带动同侧的水平板转动，此时，水平板上的弧形齿条会带动啮合连接的驱动齿轮旋转，旋转的驱动齿轮使熔融室内的两个啮合连接的挤出齿轮转动，当挤出齿轮从啮合到脱开时，在吸入腔内形成局部的真空，熔融物质被吸入，被吸入的熔融物质充满挤出齿轮的各个齿谷而带到排出腔，挤出齿轮啮合时，熔融物质增压并被排出喷丝口喷至基板上；同时，转动的保护套可以带动滑动连接的飞板对基板的表面搅拌摩擦产生剧烈塑性变形，使基板上的丝材进一步被碾压成致密涂层；
3、该送丝式电磁喷射增材制造装置，在齿环的旋转周期内，齿环下表面的推板推动推杆下滑，下滑的推杆推动金属杆下移，离开电磁脉冲圈的中心位置，当推板解除对推杆的压迫后，金属杆又会被电磁脉冲圈重新吸入，形成一个往复的动作，使飞板不断高速撞击基板上的熔融物质，使熔融物质与基板上表面形成冶金结合。
附图说明
图1为本发明提出的一种送丝式电磁喷射增材制造装置的结构示意图；
图2为本发明提出的一种送丝式电磁喷射增材制造装置的第二视角结构示意图；
图3为本发明提出的一种送丝式电磁喷射增材制造装置的搅拌针内部结构示意图；
图4为本发明提出的一种送丝式电磁喷射增材制造装置的挤出组件局部结构示意图；
图5为本发明提出的一种送丝式电磁喷射增材制造装置的图1中A部分的结构示意图；
图6为本发明提出的一种送丝式电磁喷射增材制造装置的图2中B部分的结构示意图；
图7为本发明提出的一种送丝式电磁喷射增材制造装置的图3中C部分的结构示意图。
图中：1、壳体；2、交流电源盒；3、搅拌针；301、喷丝口；4、固定座；401、凹槽；5、加热线圈；6、加热通道；7、烟管；8、保护套；9、飞板；10、密封轴承；11、齿环；12、电机；13、锥形齿；14、熔融室；1401、透气膜；15、挤出齿轮；16、驱动齿轮；17、水平板；18、驱动杆；19、磁块；20、弧形齿条；21、金属杆；22、驱动板；2201、滑槽；23、连接杆；24、电磁脉冲圈；25、限位座；2501、限位套；26、推杆；27、推板；28、滑轨座。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例
参照图1-图7，一种送丝式电磁喷射增材制造装置，包括壳体1，壳体1上固定安装有交流电源盒2，壳体1内设置有搅拌针3，还包括：固定安装在壳体1内的固定座4，固定座4与搅拌针3之间设置有加热线圈5，加热线圈5的输入端与交流电源盒2之间通过导线连接；搅拌针3的下端设置有喷丝口301以及与该喷丝口301相适配的加热通道6，加热通道6呈螺旋形并采用导热较好的铝合金材料，加速金属丝的融化。加热通道6的上端贯穿搅拌针3与壳体1固定连接，加热通道6上固定安装有挤出组件；固定安装在挤出组件上的烟管7，烟管7的上端贯穿壳体1并连接有负压风机。
在使用电弧作为热源时，连续送进的两根金属丝分别与直流的正负极相连接，在金属丝端部短路的瞬间，将两根金属丝端部同时融化并在高速气流的作用下喷射到基材表面形成涂层。
在本实施例中，连续送进的两根金属丝分别进入搅拌针3内的加热通道6内，交流电源盒2内的高频交流电通过加热线圈5时，会产生围绕加热线圈5的交变磁场，位于搅拌针3内的加热通道6作为一个受热导体，磁场穿过加热线圈5中的加热通道6产生感应电流形成涡流，当涡流在加热通道6表面流动时，导致加热通道6升温，金属丝经过螺旋形的加热通道6时，增加了金属丝的受热时间，成为熔融状进入挤出组件内并从喷丝口301喷出。
金属丝受热产生的高温蒸汽在负压风机的作用下通过烟管7排出，金属蒸汽经过除尘过滤后排放至空气中，降低空气污染质量。
参阅图1和图2和图3，更进一步的是，还包括转动安装在壳体1内的保护套8，保护套8的下端贯穿壳体1并滑动安装有飞板9，保护套8与搅拌针3之间固定安装有密封轴承10。
在壳体1的内，搅拌针3使同轴安装在保护套8内的，保护套8相对于搅拌针3可在壳体1内沿着壳体1的轴线转动，转动的保护套8可以带动滑动连接的飞板9对基板的表面搅拌摩擦产生剧烈塑性变形，使基板上的丝材进一步被碾压成致密涂层。
参阅图1和图2，更进一步的是，保护套8上固定安装有齿环11，壳体1内固定安装有电机12，电机12的输出端固定安装有与齿环11啮合连接的锥形齿13。
在电机12的工作期间，电机12的输出端带动锥形齿13旋转，旋转的锥形齿13带动啮合连接的齿环11转动，为保护套8的旋转提供动力。
参阅图3和图4和图7，金属丝的熔融物流动速度较慢，容易堆积在加热通道6内，对本方案中的挤出组件，进一步进行了优化。
挤出组件包括：固定安装在加热通道6上的熔融室14，熔融室14内转动安装有两个啮合连接的挤出齿轮15，熔融室14的外壁上转动安装有与一侧挤出齿轮15同轴的驱动齿轮16；转动安装在搅拌针3内的水平板17，水平板17的上方转动安装有两个对称设置的驱动杆18，驱动杆18的上端贯穿出搅拌针3并与保护套8的相对面上固定安装有磁性相反的磁块19，水平板17的下方固定安装有与驱动齿轮16啮合连接的弧形齿条20。
在保护套8的旋转期间，保护套8上的磁块19旋转至一侧驱动杆18的上方时，相互吸引的磁块19会拉动驱动杆18上升，上升的驱动杆18带动同侧的水平板17转动，此时，水平板17上的弧形齿条20会带动啮合连接的驱动齿轮16旋转，旋转的驱动齿轮16使熔融室14内的两个啮合连接的挤出齿轮15转动，由于挤出齿轮15的不断运转，把熔融室14内分为两个独立的部分，分别是吸入腔和排出腔，当挤出齿轮15从啮合到脱开时，在吸入腔内形成局部的真空，熔融物质被吸入，被吸入的熔融物质充满挤出齿轮15的各个齿谷而带到排出腔，挤出齿轮15啮合时，熔融物质增压并被排出喷丝口301。
参阅图4，更进一步的是，搅拌针3内固定安装有滑轨座28，驱动杆18滑动安装在滑轨座28内。
在保护套8上的磁块19拉动驱动杆18期间，滑轨座28约束了驱动杆18的滑动方向，有效避免弧形齿条20与驱动齿轮16脱轨。
参阅图3和图7，更进一步的是，熔融室14内固定安装有透气膜1401，透气膜1401与熔融室14内顶部之间形成集烟腔。
金属丝熔融时产生的烟尘透过透气膜1401进入集烟腔内汇合，在集烟腔内固定安装有负离子发生器，电流经过负离子发生器后形成直流负高压，然后从发射头发射出大量游离电子，吸附烟气中较大的悬浮物，最后坠落，净化后的空气通过烟管7排出。
总的来说，在本实施例中，连续送进的两根金属丝分别进入搅拌针3内的加热通道6内，加热线圈5对加热通道6加热，加热通道6内的金属丝逐步受热成为熔融物质，熔融物质进入熔融室14内，金属丝熔融时产生的烟尘透过透气膜1401进入集烟腔内汇合，在集烟腔内固定安装有负离子发生器，电流经过负离子发生器后形成直流负高压，然后从发射头发射出大量游离电子，吸附烟气中较大的悬浮物，最后坠落，净化后的空气通过烟管7排出。
在电机12的工作期间；保护套8上的磁块19依次吸附两个驱动杆18上升，上升的驱动杆18带动同侧的水平板17转动，此时，水平板17上的弧形齿条20会带动啮合连接的驱动齿轮16旋转，旋转的驱动齿轮16使熔融室14内的两个啮合连接的挤出齿轮15转动，由于挤出齿轮15的不断运转，把熔融室14内分为两个独立的部分，分别是吸入腔和排出腔，当挤出齿轮15从啮合到脱开时，在吸入腔内形成局部的真空，熔融物质被吸入，被吸入的熔融物质充满挤出齿轮15的各个齿谷而带到排出腔，挤出齿轮15啮合时，熔融物质增压并被排出喷丝口301喷至基板上，此时，转动的保护套8可以带动滑动连接的飞板9对基板的表面搅拌摩擦产生剧烈塑性变形，使基板上的丝材进一步被碾压成致密涂层。
实施例
参阅图1-图7，与实施例1基本相同，在实施例1的基础上，对整个技术方案，进一步进行了优化。
电弧加热的涂层内部存在孔隙，会劣化涂层的防腐蚀性能，且涂层的结合强度会降低，进而劣化其力学性能。参阅图1和图2和图6，本实施例中的送丝式电磁喷射增材制造装置还包括：滑动安装在壳体1内的多个金属杆21，金属杆21的数量为4个，并呈环形排列。金属杆21上套有电磁脉冲圈24，金属杆21的下端贯穿出壳体1并共同安装有驱动板22，驱动板22靠近飞板9的一侧设置有滑槽2201以及配合滑动在滑槽2201内的连接杆23，连接杆23的下端与飞板9固定连接。
由于电磁脉冲圈24的中心位置磁力线密度最大，因此电磁脉冲圈24的中心是磁力最强的位置，在电磁脉冲圈24通电时，内部的金属杆21会在电磁脉冲圈24内来回振荡几个周期后被吸在电磁脉冲圈24的中心位置，因此在振荡周期以及被吸入电磁脉冲圈24内的过程中，驱动板22带动飞板9可以快速撞击基板上的熔融物质，使熔融物质与基板上表面形成冶金结合。
参阅图5，更进一步的是，壳体1内固定安装有限位座25，限位座25上沿圆周等距安装有限位套2501，相邻电磁脉冲圈24之间连接的金属线固定在限位套2501内。
相邻的电磁脉冲圈24之间相互串联，在通电时，电磁脉冲圈24同时产生磁场并作用于金属杆21上。
参阅图1和图2和图6，更进一步的是，固定座4的上表面向内延伸开设有凹槽401，凹槽401内弹性连接有多个推杆26，推杆26的数量与金属杆21一致，并且与金属杆21位于同一轴线上。齿环11下方固定安装有与推杆26顶端相接触的推板27。
由于电磁脉冲圈24一直保持通电状态，金属杆21在吸入电磁脉冲圈24后便不再变化，通过在齿环11的旋转周期内，齿环11下表面的推板27推动推杆26下滑，下滑的推杆26推动金属杆21下移，离开电磁脉冲圈24的中心位置，当推板27解除对推杆26的压迫后，金属杆21又会被电磁脉冲圈24重新吸入，形成一个往复的动作，使飞板9不断高速撞击基板。
一种送丝式电磁喷射增材制造方法，操作步骤如下：
步骤1：连续送进的两根金属丝分别进入搅拌针3内的加热通道6内，交流电源盒2内的高频交流电通过加热线圈5时，会产生围绕加热线圈5的交变磁场，位于搅拌针3内的加热通道6作为一个受热导体，磁场穿过加热线圈5中的加热通道6产生感应电流形成涡流，当涡流在加热通道6表面流动时，导致加热通道6升温，金属丝经过螺旋形的加热通道6时，增加了金属丝的受热时间，成为熔融状进入挤出组件内并从喷丝口301喷出；
步骤2：熔融物质进入熔融室14内，金属丝熔融时产生的烟尘透过透气膜1401进入集烟腔内汇合，在集烟腔内固定安装有负离子发生器，电流经过负离子发生器后形成直流负高压，然后从发射头发射出大量游离电子，吸附烟气中较大的悬浮物，最后坠落，净化后的空气通过烟管7排出；
步骤3：在电磁脉冲圈24通电时，内部的金属杆21会在电磁脉冲圈24内来回振荡几个周期后被吸在电磁脉冲圈24的中心位置，因此在振荡周期以及被吸入电磁脉冲圈24内的过程中，驱动板22带动飞板9可以快速撞击基板上的熔融物质，使熔融物质与基板上表面形成冶金结合；
步骤4：驱动板22带动飞板9往复撞击的同时，飞板9在电机12的作用下旋转，对基板的表面搅拌摩擦产生剧烈塑性变形，使基板上的丝材进一步被碾压成致密涂层。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种送丝式电磁喷射增材制造装置，包括壳体(1)，所述壳体(1)上固定安装有交流电源盒(2)，所述壳体(1)内设置有搅拌针(3)，其特征在于，还包括：
固定安装在壳体(1)内的固定座(4)，所述固定座(4)与搅拌针(3)之间设置有加热线圈(5)，所述加热线圈(5)的输入端与交流电源盒(2)之间通过导线连接；
所述搅拌针(3)的下端设置有喷丝口(301)以及与该喷丝口(301)相适配的加热通道(6)，所述加热通道(6)的上端贯穿搅拌针(3)与壳体(1)固定连接，所述加热通道(6)上固定安装有挤出组件；
固定安装在挤出组件上的烟管(7)，所述烟管(7)的上端贯穿壳体(1)并连接有负压风机。
2.根据权利要求1所述的一种送丝式电磁喷射增材制造装置，其特征在于，还包括转动安装在壳体(1)内的保护套(8)，所述保护套(8)的下端贯穿壳体(1)并滑动安装有飞板(9)，所述保护套(8)与搅拌针(3)之间固定安装有密封轴承(10)。
3.根据权利要求2所述的一种送丝式电磁喷射增材制造装置，其特征在于，所述保护套(8)上固定安装有齿环(11)，所述壳体(1)内固定安装有电机(12)，所述电机(12)的输出端固定安装有与齿环(11)啮合连接的锥形齿(13)。
4.根据权利要求3所述的一种送丝式电磁喷射增材制造装置，其特征在于，所述挤出组件包括：
固定安装在加热通道(6)上的熔融室(14)，所述熔融室(14)内转动安装有两个啮合连接的挤出齿轮(15)，所述熔融室(14)的外壁上转动安装有与一侧挤出齿轮(15)同轴的驱动齿轮(16)；
转动安装在搅拌针(3)内的水平板(17)，所述水平板(17)的上方转动安装有两个对称设置的驱动杆(18)，所述驱动杆(18)的上端贯穿出搅拌针(3)并与保护套(8)的相对面上固定安装有磁性相反的磁块(19)，所述水平板(17)的下方固定安装有与驱动齿轮(16)啮合连接的弧形齿条(20)。
5.根据权利要求4所述的一种送丝式电磁喷射增材制造装置，其特征在于，所述搅拌针(3)内固定安装有滑轨座(28)，所述驱动杆(18)滑动安装在滑轨座(28)内。
6.根据权利要求5所述的一种送丝式电磁喷射增材制造装置，其特征在于，所述熔融室(14)内固定安装有透气膜(1401)，所述透气膜(1401)与熔融室(14)内顶部之间形成集烟腔。
7.根据权利要求3所述的一种送丝式电磁喷射增材制造装置，其特征在于，还包括：
滑动安装在壳体(1)内的多个金属杆(21)，所述金属杆(21)上套有电磁脉冲圈(24)，所述金属杆(21)的下端贯穿出壳体(1)并共同安装有驱动板(22)，所述驱动板(22)靠近飞板(9)的一侧设置有滑槽(2201)以及配合滑动在滑槽(2201)内的连接杆(23)，所述连接杆(23)的下端与飞板(9)固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种送丝式电磁喷射增材制造装置，其特征在于，所述壳体(1)内固定安装有限位座(25)，所述限位座(25)上沿圆周等距安装有限位套(2501)，相邻所述电磁脉冲圈(24)之间连接的金属线固定在限位套(2501)内。
9.根据权利要求3所述的一种送丝式电磁喷射增材制造装置，其特征在于，所述固定座(4)的上表面向内延伸开设有凹槽(401)，所述凹槽(401)内弹性连接有多个推杆(26)，所述齿环(11)下方固定安装有与推杆(26)顶端相接触的推板(27)。
10.一种送丝式电磁喷射增材制造方法，采用权利要求1-9任一项所述的一种送丝式电磁喷射增材制造装置，其特征在于，操作步骤如下：
步骤1：丝材由送丝机构送至搅拌针(3)加热成熔融状态；
步骤2：飞板(9)携带熔融材料高速撞击基板形成冶金结合；
步骤3：电机(12)驱动保护套(8)旋转使飞板(9)进行搅拌摩擦碾压运动。
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