电弧增材冷却基板系统技术方案

本发明专利技术为一种电弧增材冷却基板系统，属于增材制造技术领域。本发明专利技术包括基板主体、弹性压板和水循环系统，基板主体与弹性压板通过螺栓上下耦合固定，水循环系统与基板主体两侧相连接。本发明专利技术系统通过控制水流量的大小进而可以控制基板的冷却速率，利用弹性压板的伸缩保证了冷却水与基板始终保持全接触，使得冷却更均匀，降温过后使得传感器可以直接贴于基板表面，保证采集到的声信号的精确度。本发明专利技术系统设计科学、结构合理、使用方便、冷却效率高、冷却效果好，值得推广使用。值得推广使用。值得推广使用。

【技术实现步骤摘要】
电弧增材冷却基板系统


[0001]本专利技术属于增材制造
，特别涉及一种利用水循环而使电弧增材工作中基板表面温度降低的设计，具体是一种电弧增材冷却基板系统。

技术介绍

[0002]增材制造技术因其具备高自由度，可以直接成形复杂实体零件的能力，加上单个零件成形周期短、可以实现材料的全利用等优点，正成为制造业的新热点，其中电弧增材因其沉积速度快、有成形巨大工件的能力而备受关注。
[0003]正因为电弧增材沉积速度快，其热输入也高，造成电弧熔融金属丝材后工作区域仍然处于高温，可能会导致如下问题：1）金属丝材熔融后，液态金属流动，易造成成形精度不够；2）金属成形冷却过程太慢，导致成形晶粒粗大，影响成形工件的力学性能；3）因成形区周围温度过高，无法安装传感器等其他仪器来对增材制造过程进行监测。
[0004]目前，针对问题1）和2），现有最常见的解决办法为：延长打印时层间间隔时间以此来降低热输入的堆积，以及在基板外部加装风扇、空调等冷却装置。但是，延长层间间隔时间会降低电弧增材效率，基板外部加装冷却装置冷却速度慢，且不能保证冷却均匀。针对问题3），现有解决办法主要为选择远离工作区位置或者增设波导杆，但是这样会导致采集到的信号微弱，影响信号分析的精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种电弧增材冷却基板系统。本专利技术系统是通过冷却水在基板内部流通，带走电弧工作过程中产生的热量；通过控制阀门打开的数量，来控制水流量，以此控制降温的速率；基板整体温度降低，传感器等其他仪器可以直接贴于工作区附近，采集到最清晰的过程信号。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种电弧增材冷却基板系统，包括基板主体、弹性压板和水循环系统。
[0007]基板主体的外型为扁立方体状结构，其内部设置有对应的扁立方体状的内腔，内腔的腔口开设于基板主体的底面上；基板主体的左侧壁上连接有多根并排设置且与内腔相通的入水管，基板主体的右侧壁上连接有多根并排设置且与内腔相通的出水管，每根入水管及出水管上均设置有阀门。
[0008]弹性压板包括压板、盖板和弹簧，压板的外型为梯形状结构，其顶面为上底面、底面为下底面，左侧面和右侧面为两个腰面，压板的顶面、底面、左侧面和右侧面均为矩形面，压板的前侧面和后侧面均为梯形面；盖板为方形盖板，其尺寸与基板主体内腔的腔口尺寸相匹配；弹簧采用压缩弹簧，其顶部连接固定在梯形压板的底面中心位置处，其底部连接固定在盖板的顶面中心位置处；压板安置在基板主体的内腔中，盖板通过螺栓封闭固定在基板主体内腔的腔口处，压板的前侧面和后侧面分别与内腔的前腔壁和后腔壁相接触，压板的左侧面与底面交接处和右侧面与底面交接处分别与内腔的左腔壁和右腔壁相接触，压板
的顶面与内腔的顶腔壁相接触，压板的底面与盖板之间留有供压板下移的移动空间，基板主体上的各入水管及出水管的管口均位于压板的底面上方。
[0009]基板主体上的各出水管均与水循环系统的输出端连接，基板主体上的各入水管均与水循环系统的输出端连接。
[0010]进一步的，水循环系统包括冷水箱、冷却箱和抽水泵，抽水泵的输出端与冷水箱的入水口连接，冷水箱的出水口通过管道与基板主体上的各入水管连接；抽水泵的输入端与冷却箱的出水口连接，冷却箱的入水口通过管道与基板主体上的各出水管连接；其中，冷水箱里储存冷却水，冷却箱内储存循环以后的热水并将其降温，抽水泵用以将冷却箱内已经冷却的水抽入至冷水箱内，实现水循环。
[0011]进一步的，基板主体上的入水管和出水管各设置有七个，并且各入水管和各出水管一一对应设置。
[0012]进一步的，盖板与基板主体内腔的腔口之间设置有密封橡胶。
[0013]进一步的，压板的左侧面与底面交接处与内腔的左腔壁之间有密封橡胶，压板的右侧面与底面交接处与内腔的右腔壁之间有密封橡胶。
[0014]本专利技术系统在电弧增材成形中的具体工作流程为：使用螺栓将弹性压板与基板主体整体耦合；使用夹具将基板主体和弹性压板整体固定于电弧增材工作平面，将声发射传感器贴于基板主体顶面的成形区附近；使用管道将基板主体与水循环系统连接；根据不同预设降温的程度，控制基板主体上各入水管及出水管的阀门数量，开启越多的阀门，流经基板主体内部的水流量越高，使得基板主体温度降到越低；开启抽水泵让水开始循环，待到水流完全稳定后，对声发射传感器进行测试；开始电弧增材打印过程，并开启声发射传感器开始采集；打印过程开始，电弧增材工作区产生大量的热量，热量通过基板主体开始传入其内部流通的冷却水中，冷却水将传入热量带出；流出的热水进入带有自动冷却功能的冷却箱中，进行冷却；冷却后，通过抽水泵将冷却水抽入冷水箱；冷水箱子将冷却水重新送入基板主体内部，完成一次水循环，依次循环，使得基板主体温度持续降低。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果主要包括如下几点：1）通过控制水流量的大小进而可以控制基板的冷却速率。
[0016]2）利用弹簧的伸缩保证了冷却水与基板始终保持全接触，使得冷却更均匀。
[0017]3）降温过后使得传感器可以直接贴于基板表面，保证采集到的声信号的精确度。
[0018]总之，本专利技术系统设计科学，结构合理，使用方便，冷却效率高，冷却效果好，值得推广使用。
附图说明
[0019]此处的附图用来提供对本专利技术的进一步说明，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用来解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0020]图1为本专利技术系统的整体结构示意图。
[0021]图2为本专利技术系统中基板主体及弹性压板整体的主视图。
[0022]图3为本专利技术系统中基板主体及弹性压板整体的俯视图。
[0023]图4为本专利技术系统中基板主体及弹性压板整体的左视图。
[0024]图5为本专利技术系统中基板主体及弹性压板整体的立体结构示意图。
[0025]图6为本专利技术系统中弹性压板的主视图。
[0026]图7为本专利技术系统中弹性压板的俯视图。
[0027]图8为本专利技术系统中水循环系统的结构示意图。
[0028]图9为本专利技术系统的工作示意图。
[0029]图10为本专利技术系统工作过程中声发射断铅测试信号。
[0030]图11为使用本专利技术系统的成形零件的金相图。
[0031]图中：1
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基板主体、2
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弹性压板、3
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水循环系统、4
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内腔、5
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入水管、6
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出水管、7
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阀门、8
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压板、9
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盖板、10
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弹簧、11
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冷水箱、12
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冷却箱、13
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抽水泵、14
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电弧增材机械臂、15
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焊枪、16
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧增材冷却基板系统，其特征在于：包括基板主体、弹性压板和水循环系统；基板主体的外型为扁立方体状结构，其内部设置有对应的扁立方体状的内腔，内腔的腔口开设于基板主体的底面上；基板主体的左侧壁上连接有多根并排设置且与内腔相通的入水管，基板主体的右侧壁上连接有多根并排设置且与内腔相通的出水管，每根入水管及出水管上均设置有阀门；弹性压板包括压板、盖板和弹簧，压板的外型为梯形状结构，其顶面为上底面、底面为下底面，左侧面和右侧面为两个腰面，压板的顶面、底面、左侧面和右侧面均为矩形面，压板的前侧面和后侧面均为梯形面；盖板为方形盖板，其尺寸与基板主体内腔的腔口尺寸相匹配；弹簧采用压缩弹簧，其顶部连接固定在梯形压板的底面中心位置处，其底部连接固定在盖板的顶面中心位置处；压板安置在基板主体的内腔中，盖板通过螺栓封闭固定在基板主体内腔的腔口处，压板的前侧面和后侧面分别与内腔的前腔壁和后腔壁相接触，压板的左侧面与底面交接处和右侧面与底面交接处分别与内腔的左腔壁和右腔壁相接触，压板的顶面与内腔的顶腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，陈卫，张震，李忠华，白培康，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：