一种金属切屑回收料增材制造系统及方法

本发明涉及增材制造，具体而言，涉及一种金属切屑回收料增材制造系统及方法。

背景技术：

1、钛合金、高温合金由于其具有优异的综合的力学性能，作为工程结构材料在航空航天等领域有着广泛的应用，例如飞机的承载桁架，火箭的承力筒、发动机的涡轮盘等。这些关键件都需要切削加工，在加工过程中会产生大量的机械加工金属切屑，金属切削无法再利用，造成资源浪费。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是如何回收利用金属切屑。

2、为此，本发明提供了一种金属切屑回收料增材制造系统，其特征在于，包括清洗机构、烘干机构、离心机、压缩空气切割机、振动盘、加料机构、液压机、模具、送料机构、喷头、电弧熔炼机构、电磁搅拌机、数控机构及基板，所述清洗机构用于清洗金属切削回收料，所述烘干机构用于将清洗后的所述金属切削回收料烘干，所述离心机用于去除烘干后的所述金属切削回收料中的杂质，所述压缩空气切割机用于将去除杂质的所述金属切削回收料切成粗粉，所述加料机构用于向所述振动盘内加入添加粉末，所述振动盘用于将所述添加粉末与所述粗粉混合均匀形成混粉，所述液压机用于将所述混粉压入所述模具形成棒料电极，所述送料机构用于将所述棒料电极送入所述喷头中，所述喷头上设有所述电弧熔炼机构，所述电弧熔炼机构用于将所述棒料电极电击熔化成金属熔液并滴入所述喷头内，所述电磁搅拌机用于将所述金属熔液混合均匀，所述喷头的喷口下方设有所述基板，所述金属熔液用于沿所述喷口滴在所述基板上，所述数控机构用于夹持所述喷头与所述送料机构，并驱动所述喷头与所述送料机构移动。

3、可选地，所述电弧熔炼机构包括负极与电源，所述负极连接在所述喷头远离所述喷口的一端，所述负极与所述电源电连接，所述棒料电极作为正极，当所述棒料电极靠近所述负极的一端运动至距离所述负极1至3毫米之间时，所述正极与所述负极导通放电，将所述棒料电极电击熔化。

4、可选地，所述电源的功率为10至30千瓦，所述棒料电极持续向所述喷头运动的速度为19至21毫米/分钟，所述喷口直径为3至4毫米，所述金属熔液的沉积率为7至8千克/小时。

5、可选地，所述电磁搅拌机设置在所述喷头的周侧。

6、可选地，所述送料机构包括送料管与驱动结构，所述送料管的一端与所述喷头共线并连通，所述驱动结构设置在所述送料管朝向所述喷头方向的一端的侧壁上，所述驱动结构用于驱动所述棒料电极沿所述送料管向所述喷头方向移动。

7、可选地，所述送料管靠近所述喷头的一端周侧套设有绝缘套管。

8、可选地，所述添加粉末包括镁、稀土。

9、可选地，所述数控机构包括控制器与机械臂，所述机械臂用于夹持所述喷头与所述送料机构，所述控制器用于控制所述机械臂移动。

10、可选地，所述加料机构包括连通设置的加料仓与加料管，所述加料仓用于装载所述添加粉末，所述加料管用于向所述振动盘内加入所述添加粉末。

11、与现有技术相比，本发明的所述的金属切屑回收料增材制造方法的有益效果是：

12、本发明通过使用清洗机构将机械加工产生的金属切削回收料收集后进行清洗，可清洗掉机械加工过程中沾染的油污灰尘，再使用烘干机构烘干蒸发掉清洗时沾染的水分，得到干净的金属切削回收料，将干净的金属切削回收料放入离心机，离心机转动可将金属切削回收料与混入的杂质分离，得到厘米级别的金属切削回收料，再通过压缩空气切割机吹出低温压缩空气将厘米级别的金属切削回收料切削成为粒径约200微米的金属切削回收料粗粉，将粗粉放入振动盘内，并通过加料机构在粗粉中加入添加粉末，可提高粗粉的高温抗氧化性，振动盘振动可粗粉与添加粉末均匀混合形成混粉，便于后期加工，将混粉装入棒状模具中，使用液压机将混粉压实，脱模形成棒料电极，棒料电极具有导电性能，将棒料电极放入送料机构，由送料机构运送至喷头中，在喷头处设置电弧熔炼机构，电弧熔料机构可通电产生电击，将棒料电极电击熔化形成金属熔液，再使用电磁搅拌机，可推动金属熔液在喷头内流动，使金属熔液混合均匀，送料机构持续将压制好的棒料电极依次运送至喷头处，后到达的棒料电极给喷头内已熔化的金属熔液压力，使金属熔液动喷头的喷口喷射到喷头下方的基板上，在基板上冷凝成形，形成整块的合金金属块，使用数控机构控制喷头与送料机构移动，使喷头喷射出的金属熔液滴落在基板的不同位置上，便于将金属熔液喷射成需要的形状，也便于冷凝成形，防止金属熔液堆积过多，本发明将金属切削回收料压制成棒料电极，使用电弧熔炼技术将棒料电极熔化，最后冷凝成成块的合金金属块，实现了高价值金属材料切屑回收料的回收再利用，可提高金属材料的利用率，节约成本。

13、此外，为了解决上述问题，本发明还提供了一种金属切屑回收料增材制造方法，基于上述的金属切屑回收料增材制造系统，所述金属切屑回收料增材制造方法包括如下步骤：

14、s1、将金属切削回收料清洗后烘干，并使用所述金属切屑回收料增材制造系统的离心机去除杂质；

15、s2、使用低温气流将所述金属切削回收料切割成粗粉；

16、s3、在所述粗粉中加入添加粉末，并均匀混合成混粉；

17、s4、使用所述金属切屑回收料增材制造系统的液压机将所述混粉压入所述金属切屑回收料增材制造系统的模具中，制成棒料电极；

18、s5、使用所述金属切屑回收料增材制造系统的送料机构将所述棒料电极持续送入所述金属切屑回收料增材制造系统的喷头中；

19、s6、通过所述金属切屑回收料增材制造系统的电弧熔炼机构将所述棒料电极电击熔化成金属熔液；

20、s7、使用所述金属切屑回收料增材制造系统的电磁搅拌机将所述金属熔液混合均匀；

21、s8、将所述金属熔液从所述喷头的喷口喷射到所述金属切屑回收料增材制造系统的基板上，并冷凝成形；

22、s9、使用所述金属切屑回收料增材制造系统的数控机构控制所述喷头与所述送料机构移动，使所述金属熔液均匀地喷射在所述基板上。

23、与现有技术相比，本发明所述的金属切屑回收料增材制造方法的有益效果和上述金属切屑回收料增材制造系统的有益效果大致相同，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种金属切屑回收料增材制造系统，其特征在于，包括清洗机构、烘干机构、离心机、压缩空气切割机、振动盘、加料机构、液压机、模具、送料机构、喷头(7)、电弧熔炼机构、电磁搅拌机(5)、数控机构及基板(8)，所述清洗机构用于清洗金属切削回收料，所述烘干机构用于将清洗后的所述金属切削回收料烘干，所述离心机用于去除烘干后的所述金属切削回收料中的杂质，所述压缩空气切割机用于将去除杂质的所述金属切削回收料切成粗粉，所述加料机构用于向所述振动盘内加入添加粉末，所述振动盘用于将所述添加粉末与所述粗粉混合均匀形成混粉，所述液压机用于将所述混粉压入所述模具形成棒料电极(1)，所述送料机构用于将所述棒料电极(1)送入所述喷头(7)中，所述喷头(7)上设有所述电弧熔炼机构，所述电弧熔炼机构用于将所述棒料电极(1)电击熔化成金属熔液并滴入所述喷头(7)内，所述电磁搅拌机(5)用于将所述金属熔液混合均匀，所述喷头(7)的喷口下方设有所述基板(8)，所述金属熔液用于沿所述喷口滴在所述基板(8)上，所述数控机构用于夹持所述喷头(7)与所述送料机构，并驱动所述喷头(7)与所述送料机构移动。

2.根据权利要求1所述的金属切屑回收料增材制造系统，其特征在于，所述电弧熔炼机构包括负极(4)与电源，所述负极(4)连接在所述喷头(7)远离所述喷口的一端，所述负极(4)与所述电源电连接，所述棒料电极(1)作为正极，当所述棒料电极(1)靠近所述负极(4)的一端运动至距离所述负极(4)1至3毫米之间时，所述正极与所述负极(4)导通放电，将所述棒料电极(1)电击熔化。

3.根据权利要求2所述的金属切屑回收料增材制造系统，其特征在于，所述电源的功率为10至30千瓦，所述棒料电极(1)持续向所述喷头(7)运动的速度为19至21毫米/分钟，所述喷口直径为3至4毫米，所述金属熔液的沉积率为7至8千克/小时。

4.根据权利要求1所述的金属切屑回收料增材制造系统，其特征在于，所述电磁搅拌机(5)设置在所述喷头(7)的周侧。

5.根据权利要求1所述的金属切屑回收料增材制造系统，其特征在于，所述送料机构包括送料管(2)与驱动结构(3)，所述送料管(2)的一端与所述喷头(7)共线并连通，所述驱动结构(3)设置在所述送料管(2)朝向所述喷头(7)方向的一端的侧壁上，所述驱动结构(3)用于驱动所述棒料电极(1)沿所述送料管(2)向所述喷头(7)方向移动。

6.根据权利要求5所述的金属切屑回收料增材制造系统，其特征在于，所述送料管(2)靠近所述喷头(7)的一端周侧套设有绝缘套管(6)。

7.根据权利要求1所述的金属切屑回收料增材制造系统，其特征在于，所述添加粉末包括镁、稀土。

8.根据权利要求1所述的金属切屑回收料增材制造系统，其特征在于，所述数控机构包括控制器与机械臂，所述机械臂用于夹持所述喷头(7)与所述送料机构，所述控制器用于控制所述机械臂移动。

9.根据权利要求1所述的金属切屑回收料增材制造系统，其特征在于，所述加料机构包括连通设置的加料仓与加料管，所述加料仓用于装载所述添加粉末，所述加料管用于向所述振动盘内加入所述添加粉末。

10.一种金属切屑回收料增材制造方法，其特征在于，基于权利要求1至9任一项所述的金属切屑回收料增材制造系统，所述金属切屑回收料增材制造方法包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了一种金属切屑回收料增材制造系统及方法，涉及增材制造技术领域。金属切屑回收料增材制造系统包括用于清洗并烘干金属切削回收料的清洗机构及烘干机构，用于去杂质的离心机，将金属切削切成粗粉的压缩空气切割机，用于混合粗粉与添加粉末的振动盘，将混粉压制成棒料电极的液压机，将棒料电极送入喷头的送料机构，将棒料电极电击熔化的电弧熔炼机构，金属熔液用于沿喷口滴在基板上，冷凝成形。本发明将金属切削回收料压制成棒料电极，使用电弧熔炼技术将棒料电极熔化，最后冷凝成成块的合金金属块，实现了高价值金属材料切屑回收料的回收再利用，可提高金属材料的利用率，节约成本。

技术研发人员：耿洪滨,张翰兴,耿晨曦,张晓东,李兴冀
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15