一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统技术方案

本发明专利技术属于电弧增材制造领域，并公开了一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统，包括三丝送丝机、送丝管路、电弧枪、机器人和电弧增材制造电源，三丝送丝机用于同时输送三根金属丝材至送丝管路中，送丝管路用于将三根金属丝同时导入电弧枪中，机器人用于带动电弧枪运动；电弧枪包括从上至下依次连接的三合一转换接头、枪颈主体模块和三丝导电嘴模块，三合一转换接头上端与送丝管路相连，枪颈主体模块下端还设置有散热喷嘴模块，散热喷嘴模块套装在三丝导电嘴模块外部，用于对三丝导电嘴模块进行散热；电弧增材制造电源用于使三根金属丝材形成一个共同的稳定熔滴。本发明专利技术可实现大型金属结构件的高精度、高效率的电弧增材制造。

【技术实现步骤摘要】
一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统
本专利技术属于电弧增材制造领域，更具体地，涉及一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统。
技术介绍
电弧增材制造(WireArcAdditiveManufacturing，WAAM)，采用电弧作为热源，熔化金属丝材逐层堆积制造出金属构件，其无需模具，加工柔性程度高，易于实现数字化制造，在高性能大型金属构件的制造中具有很大的优势。电弧增材制造是以“电弧”作为热源熔化金属丝材，形成堆积层。电弧增材制造过程中，熔池尺寸稳定可以提高电弧增材的大型金属构件的精度。但是，目前广泛使用的单电弧增材制造方法，电弧会在金属丝材上运动，特别是采用药芯丝材，电弧会沿着包覆药芯粉末钢皮运动。这是由于单丝电弧增材制造过程中，位于丝材末端的熔滴由于表面张力的作用，在不断改变形态与位置，沿着丝材的外径旋转，使电弧随着熔滴不断进行旋转，使得熔池的尺寸大小在不断改变，造成电弧增材制造构件的成形精度低。在电弧增材制造过程中，提高电弧与熔滴稳定性就可以提高电弧增材制造构件的精度。现有技术中，为了解决电弧增材制造构件表面粗糙度高与构件整体尺寸精度较低的问题，普遍采用“增减材复合”工艺方法，使成形构件达到使用要求。“增减材复合”工艺方法首先用增材制造堆积出结构件，然后机加工去除加工余量部分，提高构件的尺寸精度。然而，为了保证“增减材复合”工艺方法制造构件时加工余量大，导致了该方法增加了构件的生产周期，降低生产效率与材料利用率，提高生产成本。并且，“增减材复合”工艺方法目前一般采用两种减材加工方法：机器人减材加工与机床减材加工。机器人减材加工的加工力矩较小，适用于加工铝合金等材料，无法高效率加工钢铁材料；机床减材加工中的机加工机床大大限制了增材制造构件的尺寸。进一步的，研究人员提出采用“激光约束电弧”的方法电弧增材制造金属构件。“激光约束电弧”工艺方法提高了电弧稳定性，进而减小了熔池的尺寸误差与堆积层尺寸误差，可以提高构件的成形精度。但是，激光约束电弧必须保证激光与电弧的相对位置与相对角度不变，适用于平面简单构件的增材制造，无法制造复杂曲面构件。并且，激光电弧复合枪头的尺寸大，结构复杂，增加了激光电弧复合枪与构件产生干涉可能性，减小了枪头的可达范围。目前，在焊接领域有一些多丝焊接方法，例如，CN104625361A提出了一种双电弧与冷丝脉冲复合焊接的三丝焊枪及焊接系统和方法，其在两个独立的电弧之间加入一根冷丝，起到了提高焊接效率，降低热输入的作用；CN109079287A提出了一种三丝气体保护简介电弧焊方法、装置及其应用，其使用三丝焊丝连接两台电源，在三根焊丝之间形成间接电弧，实现了高效率并且具有大熔深的焊接过程。但是上述专利是针对焊接领域提出的三丝焊接方法，并不属于电弧增材制造领域，无法提高电弧增材制造构件的精度，也无法解决现有电弧增材制造技术中存在的上述问题。因此，有必要进行研究，以获得一种全新的电弧增材制造系统及方法，以提高电弧与熔滴的稳定性，进而提高电弧增材制造构件的精度
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统，其通过单次同时输送三根金属丝材，以使得三根金属丝材形成一个整体电弧，熔滴受三根金属丝材末端表面张力相互牵制作用，避免单丝电弧在增材制造过程中出现的电弧飘移与熔滴旋转现象的出现，提高了电弧、熔滴与熔池的稳定性，能实现熔池尺寸的精确控制，确保了增材制造大型金属构件的成形精度，可实现大型金属结构件的高精度、高效率的电弧增材制造。为实现上述目的，本专利技术提出了一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统，其包括三丝送丝机、送丝管路、电弧枪、机器人和电弧增材制造电源，其中：所述三丝送丝机用于同时输送三根金属丝材至所述送丝管路中，该送丝管路用于将三根金属丝同时导入电弧枪中，所述机器人用于带动所述电弧枪运动以进行电弧增材制造；所述电弧枪包括从上至下依次连接的三合一转换接头、枪颈主体模块和三丝导电嘴模块，所述三合一转换接头的上端与所述送丝管路相连，用于将送丝管路中的三根金属丝经所述枪颈主体模块同时送入三丝导电嘴模块中并平行送出，所述枪颈主体模块的下端还设置有散热喷嘴模块，该散热喷嘴模块套装在所述三丝导电嘴模块的外部，用于对三丝导电嘴模块进行散热；所述电弧增材制造电源用于提供能量使平行送出的三根金属丝材同时起弧以形成一个整体电弧，三根金属丝材的端部在电弧的作用下同时熔化以形成一个共同的稳定熔滴。作为进一步优选的，所述枪颈主体模块包括由内至外依次套装设置的电弧枪管、绝缘套、冷却组件和枪颈外壳，所述电弧枪管的上下端分别与所述三合一转换接头和三丝导电嘴模块相连，所述冷却组件包括水冷管道固定件及螺旋水冷管道，该水冷管道固定件套装在绝缘套的外部，用于安装所述螺旋水冷管道。作为进一步优选的，所述散热喷嘴模块包括喷嘴绝缘套、喷嘴散热鳍片和喷嘴，所述喷嘴绝缘套套装在枪颈主体模块下端的外部，所述喷嘴散热鳍片套装在所述喷嘴绝缘套的外部，其上端的外部设置有散热鳍片，下端的外部用于安装所述喷嘴。作为进一步优选的，所述喷嘴外端进行圆弧过渡处理。作为进一步优选的，所述三丝导电嘴模块包括三丝导电嘴座和三丝导电嘴，所述三丝导电嘴座的上端与所述枪颈主体模块的下端相连，所述三丝导电嘴内开设有三条送丝通道，其用固定螺母固定在所述三丝导电嘴座的下端。作为进一步优选的，所述三丝导电嘴中的送丝通道采用B样条曲线拟合设计获得。作为进一步优选的，所述三丝送丝机包括送丝轮组件及用于驱动送丝轮组件运动的动力源，所述送丝轮组件包括以上下对称方式布置的四个独立的送丝轮，其中上方的两个送丝轮为平轮，用于压紧丝材，下方的两个送丝轮上均开设有三个相同形状与尺寸的凹槽，用于同步输送金属丝材。作为进一步优选的，所述送丝管路包括三个送丝支路，每个送丝支路均包括金属送丝软管、套装在金属送丝软管外部的导电铜芯及套装在导电铜芯外部的送丝绝缘套，其中，所述金属送丝软管由三丝送丝机的出口延伸至所述三丝导电嘴模块中，所述导电铜芯一端与所述电弧增材制造电源相连，另一端与所述三合一转换接头的上端相连。作为进一步优选的，所述电弧增材制造电源为额定电流不低于850A的弧焊电源。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术的单电源三丝电弧增材制造系统的电弧稳定，电弧挺度大，熔滴受三根金属丝材末端表面张力相互牵制作用，避免单丝电弧在增材制造过程中出现的电弧飘移与熔滴旋转现象的出现，提高了电弧、熔滴与熔池的稳定性，能实现熔池尺寸的精确控制，确保了增材制造大型金属构件的成形精度，达到提高电弧增材制造大型金属构件精度的目的。2.采用本专利技术的单电源三丝电弧增材制造系统成形大型金属构件，与增减材复合工艺相比，提高了电弧增材制造构件的生产效率，材料利用率，缩短了零件的制造周期以及降低了生产成本，提高成形构件精度的同时，还可以提高生产效率，相较于单丝电弧增材制造方法，成形效率提高了3倍以上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统，其特征在于，包括三丝送丝机(2)、送丝管路(3)、电弧枪(4)、机器人(5)和电弧增材制造电源(1)，其中：/n所述三丝送丝机(2)用于同时输送三根金属丝材至所述送丝管路(3)中，该送丝管路(3)用于将三根金属丝同时导入电弧枪(4)中，所述机器人(5)用于带动所述电弧枪(4)运动以进行电弧增材制造；/n所述电弧枪(4)包括从上至下依次连接的三合一转换接头(41)、枪颈主体模块(42)和三丝导电嘴模块(44)，所述三合一转换接头(41)的上端与所述送丝管路(3)相连，用于将送丝管路中的三根金属丝经所述枪颈主体模块(42)同时送入三丝导电嘴模块(44)中并平行送出，所述枪颈主体模块(42)的下端还设置有散热喷嘴模块(43)，该散热喷嘴模块(43)套装在所述三丝导电嘴模块(44)的外部，用于对三丝导电嘴模块(44)进行散热；/n所述电弧增材制造电源(1)用于提供能量使平行送出的三根金属丝材同时起弧以形成一个整体电弧，三根金属丝材的端部在电弧的作用下同时熔化以形成一个共同的稳定熔滴。/n

【技术特征摘要】
1.一种单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统，其特征在于，包括三丝送丝机(2)、送丝管路(3)、电弧枪(4)、机器人(5)和电弧增材制造电源(1)，其中：
所述三丝送丝机(2)用于同时输送三根金属丝材至所述送丝管路(3)中，该送丝管路(3)用于将三根金属丝同时导入电弧枪(4)中，所述机器人(5)用于带动所述电弧枪(4)运动以进行电弧增材制造；
所述电弧枪(4)包括从上至下依次连接的三合一转换接头(41)、枪颈主体模块(42)和三丝导电嘴模块(44)，所述三合一转换接头(41)的上端与所述送丝管路(3)相连，用于将送丝管路中的三根金属丝经所述枪颈主体模块(42)同时送入三丝导电嘴模块(44)中并平行送出，所述枪颈主体模块(42)的下端还设置有散热喷嘴模块(43)，该散热喷嘴模块(43)套装在所述三丝导电嘴模块(44)的外部，用于对三丝导电嘴模块(44)进行散热；
所述电弧增材制造电源(1)用于提供能量使平行送出的三根金属丝材同时起弧以形成一个整体电弧，三根金属丝材的端部在电弧的作用下同时熔化以形成一个共同的稳定熔滴。


2.如权利要求1所述的单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统，其特征在于，所述枪颈主体模块(42)包括由内至外依次套装设置的电弧枪管(425)、绝缘套(424)、冷却组件和枪颈外壳(421)，所述电弧枪管(425)的上下端分别与所述三合一转换接头(41)和三丝导电嘴模块(44)相连，所述冷却组件包括水冷管道固定件(423)及螺旋水冷管道(422)，该水冷管道固定件(423)套装在绝缘套(424)的外部，用于安装所述螺旋水冷管道(422)。


3.如权利要求1所述的单电源三丝共熔滴的电弧增材制造系统，其特征在于，所述散热喷嘴模块(43)包括喷嘴绝缘套(431)、喷嘴散热鳍片(432)和喷嘴(433)，所述喷嘴绝缘套(431)套装在枪颈主体模块(42)下端的外部，所述喷嘴散热鳍片(432)套装在所述喷嘴绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：余圣甫，何天英，周龙早，史玉升，齐膑，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42