1.一种减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一:将基板打磨清理后置入水箱中,用水箱中的夹具固定紧,启动计算机控制系统与电弧增材制造电源,计算机控制系统中的控制程序完成初始化,此时,水箱中无水,实际水位H为0,通过数据采集卡向入水阀输出控制信号,打开入水阀,通过入水管往水箱中注入温度为T的冷却水,使实际水位H不断上升,直到到达初始化所设定的预设水位h0,h0的高度低于基板上表面的高度,与基板上表面的垂直距离为d,当H=h0时,输出控制信号关闭入水阀,将焊枪移动至起弧点上方,并使焊枪位于基板上方并垂直于基板;
步骤二:引燃电弧,焊枪沿预设路径运动,完成第一堆积层的成形,计算机控制系统通过当前堆积层高度h计算出一个新的预设水位h1,h1=h0+h,h1的高度低于第一堆积层上表面,与第一堆积层上表面的垂直距离为d,同时水位传感器采集到当前的水位深度,并通过压电效应转化为电压模拟信号,并将该电压模拟信号传入数据采集卡中转换成电压数字信号,然后传入计算机控制系统中,计算出当前水箱中的实际水位H1;计算机控制系统将当前实际水位H1与预设水位h1相比较,当H1
步骤三:温度传感器采集水箱中冷却水的当前温度t,并将该参数转化为电压信号通过数据采集卡传入计算机控制系统中,计算机控制系统将当前温度t与恒定温度T相比较,当t-T>t0,输出控制信号同时打开入水阀与出水阀,入水阀向水箱中注水,入水阀注入的冷却水温度恒定为T;当t-T≤t0,输出控制信号关断入水阀与出水阀;其中t0为预先设定值;
步骤四:将焊枪抬高h,重复步骤二、三,完成剩余堆积层的成形;
步骤五:堆积件堆积完成后,计算机控制系统向出水阀输出控制信号,打开出水阀阀门,排出水箱中的冷却水,待冷却水完全排空后,关闭出水阀。
2.根据权利要求1所述的减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造方法,其特征在于:步骤一和步骤二中,所设定的d为10-15mm。
3.根据权利要求1所述的减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造方法,其特征在于:步骤三中,所设定的t0为5-15℃。
4.根据权利要求1所述的减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造方法,其特征在于:该方法用于薄壁件或者厚壁件的成形,薄壁件由多层单道组成,每一堆积层内只有一道堆积道;厚壁件由多层多道组成,每一堆积层内有多道堆积道。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造方法,其特征在于该制造方法采用的装置包括四个部分:堆积系统、传感系统、控制系统、水冷系统;
所述堆积系统包括电弧增材制造电源(3)、焊枪(5)、夹具(6)、堆积件(9)、基板(10),焊枪(5)和基板(10)分别与电弧增材制造电源(3)的两极相连;所述夹具(6)、堆积件(9)、基板(10)都位于水箱(4)内部,基板(10)通过夹具(6)固定在水箱(4)底部,基板(10)上方为堆积件(9),堆积件(9)上方为焊枪(5);
所述水冷系统包括水箱(4)、出水管(11)、入水管(12)、出水阀(13)、入水阀(14),入水管(12)的一端连接水源、另一端连通至水箱(4),入水管(12)上设有控制入水管(12)导通和截断的入水阀(14);出水管(11)的一端连通至水箱(4)、另一端位于水箱(4)外,出水管(11)上设有控制出水管(11)导通和截断的出水阀(13);
所述传感系统包括温度传感器(7)和水位传感器(8);温度传感器(7)与水位传感器(8)皆置于水箱(4)底部,分别负责采集水箱(4)中的实时温度t和实时水位H;在堆积过程中,t与H不断变化;
所述控制系统包括数据采集卡(1)和计算机控制系统(2),温度传感器(7)、水位传感器(8)、出水阀(13)、入水阀(14)和电弧增材制造热源(3)的通信端子分别与数据采集卡(1)相连接,数据采集卡(1)通过USB接口与计算机控制系统(2)通信,数据采集卡(1)负责对输入和输出的控制信号进行转换,计算机控制系统(2)负责信号的处理。
6.一种减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造装置,其特征在于包括四个部分:
堆积系统、传感系统、控制系统、水冷系统;
所述堆积系统包括电弧增材制造电源(3)、焊枪(5)、夹具(6)、堆积件(9)、基板(10),焊枪(5)和基板(10)分别与电弧增材制造电源(3)的两极相连;所述夹具(6)、堆积件(9)、基板(10)都位于水箱(4)内部,基板(10)通过夹具(6)固定在水箱(4)底部,基板(10)上方为堆积件(9),堆积件(9)上方为焊枪(5);
所述水冷系统包括水箱(4)、出水管(11)、入水管(12)、出水阀(13)、入水阀(14),入水管(12)的一端连接水源、另一端连通至水箱(4),入水管(12)上设有控制入水管(12)导通和截断的入水阀(14);出水管(11)的一端连通至水箱(4)、另一端位于水箱(4)外,出水管(11)上设有控制出水管(11)导通和截断的出水阀(13);
所述传感系统包括温度传感器(7)和水位传感器(8);温度传感器(7)与水位传感器(8)皆置于水箱(4)底部,分别负责采集水箱(4)中的实时温度t和实时水位H;在堆积过程中,t与H不断变化;
所述控制系统包括数据采集卡(1)和计算机控制系统(2),温度传感器(7)、水位传感器(8)、出水阀(13)、入水阀(14)和电弧增材制造热源(3)的通信端子分别与数据采集卡(1)相连接,数据采集卡(1)通过USB接口与计算机控制系统(2)通信,数据采集卡(1)负责对输入和输出的控制信号进行转换,计算机控制系统(2)负责信号的处理。
7.根据权利要求6所述的一种减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造装置,其特征在于:所采用的入水阀与出水阀皆为电磁阀。
8.根据权利要求6所述的一种减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造装置,其特征在于:所采用的水位传感器为压阻式液位变送器,该压阻式液位变送器基于液体压强公式测量水面至测量点的深度H:P=ρgH
式中,P为测量点的压强,ρ为液体密度,g为重力加速度。
9.根据权利要求6所述的一种减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造装置,其特征在于:所采用的温度传感器为热电偶温度传感器。