МЕХАНИЗМ ПОДАЧИ РАСХОДНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПО ТИПУ «СТЕРЖЕНЬ» ИЛИ «ПРУТОК» В ЗОНУ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к механизмам подачи расходных металлических материалов по типу «стержень» или «пруток» в зону энергетического воздействия, по аналогии с податчиками сварочной проволоки, и может быть использована для электронно-лучевых технологий в процессах аддитивного производства или сварки изделий из металлических материалов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство подачи сварочного стержня, раскрытое в патенте Республики Корея [KR 102261201 (B1) - 2021-06-07]. Изобретение относится к устройству для подачи сварочного стержня, необходимого для лазерной сварки. Сварочный стержень имеет форму проволоки и сконфигурирован для непрерывной подачи из кругового подающего устройства. Сварочный пруток представляет собой прямую линию диаметром от 1 до 5 мм.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции, обусловленную наличием не только привода подачи пруткового материала к соплу, но и привода вращения барабана с прутками, а также сложность технической реализации подачи прутка из барабана к соплу, которая обусловлена нахождением прутков в закрытом барабане с узкими протяженными каналами. Кроме того, привод вращения барабана расположен близко к электронному лучу, что снижает его надежность из-за температурного воздействия электронного луча.
Известно устройство подачи электродных стержней [GB 635411 (A) - 1950-04-12] Устройство содержит направляющие, совершающие возвратно-поступательное движение для подачи электродных стержней из воронки в вертикальные прорези. Эти направляющие расположены параллельно электродам и установлены на рычагах, прикрепленных к валам. Плечи на валах соединены регулируемым звеном, а плечо на одном из них соединено звеном с рычагом, который несет ролик, подшипник которого вращается эксцентриком. В нижней части прорези задний конец электрода опирается на ролик, а передний конец зажат между коническими вращающимися роликами, 14, которые подают его в сопло. Ролики установлены в эксцентриковых втулках, чтобы можно было регулировать расстояние между ними.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции, обусловленную наличием не только привода подачи пруткового материала к соплу, но и привода, отвечающего за перемещение прутка к подающим роликам, а также большие массогабаритные показатели, связанные с наличием сложной системы приводов. Большие массогабаритные показатели затрудняют установку устройства на расстоянии, необходимом подачи пруткового материала в процессе аддитивного электронно-лучевого производства.
Известно устройство подачи электродных стержней [GB 589543 (A) - 1947-06-24]. Электродные стержни подаются по одному из бункера с помощью двух или более вращающихся конических роликов, причем бункер образован регулируемыми торцевыми стенками и регулируемыми направляющими, имеющими форму для обеспечения узкой щели, закрытой снизу роликами. Те части роликов, которые находятся над линией, не имеют круглой формы, так что ролики толкают стержни и предотвращают их заклинивание. Для задних концов стержней предусмотрена наклонная опора, а в передней стенке образовано углубление для одного стержня. Нижний стержень захватывается роликами и подается на транспортировочные ролики через расширяющуюся направляющую. Второй нижний стержень опирается первый стержень и удерживается им до тех пор, пока его передний конец не достигнет конца выемки, а его задний конец станет неподдерживаемым из-за наклона опоры. Когда один стержень переместился так далеко, что он больше не поддерживает второй нижний стержень, последний опускается в паз, образованный роликами, захватывается ими и перемещается вперед таким же образом, как стержень. Расстояние между роликами может регулироваться для соответствия стержням различного диаметра, а оси роликов могут быть вертикальными или наклонными вперед или назад.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции, обусловленную наличием не только привода подачи пруткового материала к соплу, но и привода, отвечающего за перемещение прутка к подающим роликам. Большие массогабаритные показатели затрудняют установку устройства на расстоянии, необходимом подачи пруткового материала в процессе аддитивного электронно-лучевого производства.
Известно устройство для управляемой подачи присадочного стержня при дуговой сварке и комплекс для дуговой сварки, раскрытое в RU 2719971 С2 (опубл. 23.04.2020). Устройство для управляемой подачи присадочного стержня во время выполнения сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа содержит основной корпус для удерживания присадочного стержня, подающее устройство, присоединенное к основному корпусу и выполненное с возможностью продвижения присадочного стержня во время сварки, и блок управления, включающий в себя процессорный модуль, который выполнен с возможностью формирования сигнала (Sv) скорости подачи и управляющего сигнала (Sa), являющегося функцией сигнала (Vs) сварочного напряжения, и исполнительный модуль, соединенный с подающим устройством и выполненный с возможностью управления этим устройством в соответствии с указанным сигналом (Sv) скорости подачи для регулирования скорости подачи присадочного стержня, а также с возможностью управления регулирующим устройством, связанным с электродом сварочного инструмента для обеспечения перемещения электрода вперед/назад в соответствии с управляющим сигналом (Sa). Комплекс для дуговой сварки содержит, в том числе, указанное устройство для управляемой подачи присадочного стержня. Использование изобретения позволяет повысить качество сварных соединений.
К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие в конструкции устройства как привода, который обеспечивает непрерывную подачу пруткового материала, так и накопительного устройства, содержащего прутковый материал в требуемом количестве. Кроме того, привод вращения барабана расположен близко к электронному лучу, что снижает его надежность из-за температурного воздействия электронного луча.
Задачей полезной модели является разработка механизма подачи металлических материалов мерной длины при проволочном электронно-лучевом аддитивном производстве металлических изделий.
Технический результат - непрерывная и автоматизированная подача пруткового материала мерной длины (по типу «стержень» или «пруток») при аддитивном производстве изделий из металлических материалов электронно-лучевым способом.
Другой технический результат - повышение качества изделий при их аддитивном производстве электронно-лучевым способом.
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый механизм упрощает процесс подачи расходных металлических материалов по типу «стержень» или «пруток» в зону энергетического воздействия, содержит
накопитель расходных металлических материалов,
направляющий узел для перемещения расходных металлических материалов из накопителя в зону энергетического воздействия, и
привод,
причем накопитель состоит из двух опор: передней и задней, соединенных между собой цилиндрическими направляющими и предназначенных для установки и фиксации накопителя на корпусе привода, при этом на направляющих установлены две обоймы: передняя и задняя, между которыми устанавливают расходный металлический материал с возможностью перемещения его между обоймами под действием силы тяжести;
причем привод представляет собой корпус, выполненный в виде полой конструкции коробчатого типа, в задней части которого установлен шаговый двигатель и винтовая передача, передний конец ходового винта которой через муфту соединён с валом двигателя, а задний конец винта установлен в подшипниковой опоре в передней части корпуса, гайка винтовой передачи совмещена с ползуном, имеющим упор, при этом корпус сверху закрыт двумя планками, которые установлены таким образом, чтобы обеспечить между ними зазор для перемещения в нем упора до касания с расходуемым материалом типа «стержень» или «пруток», поступающим в зазор под действием силы тяжести из накопителя и перемещения его до входа в направляющий узел механизма;
причем направляющий узел для дальнейшего перемещения расходных металлических материалов из накопителя в зону энергетического воздействия состоит из планки, на которой размещены две боковые стенки, закрытые крышкой, образуя между собой канал, по которому перемещают упомянутый расходный металлический материал, при этом на одном конце крепежной планки выполнен фланец для крепления узла к корпусу привода, а на другом конце размещена направляющая призма, предназначенная для окончательного направления расходного материала в зону энергетического воздействия.
При этом для возврата упора в исходное положение привод содержит пружину, один конец которой закреплен на ползуне, а второй соединен с упором.
Кроме того, в нижней части корпуса привода установлен концевой датчик положения, определяющий исходную точку для перемещения ползуна.
Предпочтительно, что обоймы установлены на цилиндрических направляющих с возможностью перемещения их друг относительно друга.
Дополнительно конструкция имеет кронштейн для крепления в составе, например, оборудования аддитивного производства, позволяющий регулировать угол наклона конструкции относительно этого оборудования.
Повышение качества изделий достигается за счет непрерывности подачи пруткового материала, обеспечиваемого предлагаемой в настоящей полезной модели конструкцией, нарушение которой при аддитивном формировании приведет либо к остыванию уже сформированного, нижележащего слоя материала, и, как следствие, нарушению взаимосвязи с верхним, формируемым слоем материала, либо к перегреву подаваемого материала, что приведет к его растеканию по нижележащему слою и, как следствие, отклонению формируемого изделия от заданной геометрической формы.
ИЗОБРЕТЕНИЕ ПОЯСНЯЕТСЯ ГРАФИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ
На фиг. 1 приведен общий вид предлагаемого в настоящем изобретении механизма подачи расходных металлических материалов по типу «стержень» или «пруток» в зону энергетического воздействия.
На фиг. 2 приведен чертеж привода, раскрывающий его конструктивное решение.
На фиг. 3 приведен общий вид конструктивного решения накопителя.
На фиг. 4 приведен чертеж, раскрывающий конструктивное решение направляющего узла.
На фиг. 5 приведен вид предлагаемого в настоящем изобретении механизма с установленным в обоймах расходуемый материал типа «пруток».
На фиг. 6 приведен вид части привода, показывающий конструктивное решение возвратного перемещения ползуна с упором в исходное положение.
Заявляемый механизм подачи расходных металлических материалов по типу «стержень» или «пруток» содержит в своем составе привод 1, направляющий узел 2 и накопитель 3, объединенные в единую конструкцию (фиг. 1). Для крепления в составе оборудования аддитивного производства конструкция имеет кронштейн 4, позволяющий регулировать ее угол наклона.
Привод заявляемого механизма представляет собой закрытый корпус 5, представляющий собой полую конструкцию коробчатого типа (фиг. 2). В задней части корпуса размещается шаговый двигатель 6. Вращение вала двигателя передается на ходовой винт 7 винтовой передачи через муфту 8, совмещенную с передним концом винта. Задний конец винта установлен в подшипниковой опоре 9. На винте размещена гайка 10 винтовой передачи, которая совмещена с ползуном 11. При вращении винта гайка перемещается в осевом направлении, перемещая ползун с упором 12. На ползуне размещена ось 13, на которой расположен упор, который зацеплен с концом пружины 14. Второй конец пружины зацеплен с ползуном. Пружина предназначена для возврата упора в исходное положение при его повороте вокруг оси. В нижней части корпуса установлен концевой датчик положения 15, определяющий исходную точку для перемещения ползуна. Сверху корпус закрыт планками 16, 17, которые установлены таким образом, чтобы обеспечить зазор для перемещения ползуна. На приводе механизма подачи размещается накопитель (фиг. 3). Накопитель состоит из передней опоры 18 и задней опоры 19, предназначенных для установки и фиксации его на приводе. Опоры соединены между собой двумя цилиндрическими направляющими 20, 21. На направляющих установлены передняя и задняя обоймы. Обоймы имеют одинаковое конструктивное исполнение и состоят из боковин 22, 23 и крышки 24. Крепление обойм выполнено через проушины 25. Крепление выполнено таким образом, чтобы перемещать обоймы друг относительно друга по цилиндрическим направляющим. Перемещение достигается ослаблением фиксирующих винтов 26 передней, либо задней обоймы, перемещением их в требуемое положение, которое определяется длиной применяемого расходного металлического материала типа «стержень» или «пруток», и последующей фиксацией посредством затяжки фиксирующих винтов. Направляющий узел механизма подачи предназначен для направления расходного металлического материала типа «стержень» или «пруток» в зону энергетического воздействия (фиг. 4). Узел состоит из крепежной планки 27, на которой размещены две боковые стенки 28, 29, закрытые крышкой 30. Указанные элементы образуют между собой канал 31, по которому перемещается расходный металлический материал типа «стержень» или «пруток». В передней части направляющего узла на конце крепежной планки размещена направляющая призма 32, предназначенная для окончательного направления расходного материала при его перемещении. На конце крышки размещен кронштейн 33 для крепления роликового прижима 34. Прижим предназначен для предотвращения смещения расходного материала при его перемещении по направляющей призме, а также самопроизвольного выпадения под действием сил тяжести на выходе из направляющего узла.
УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ.
Перед началом выполнения операции механизм подачи пруткового материала устанавливается в составе оборудования для электронно-лучевого аддитивного производства, регулируется по углу наклона и фиксируется в требуемом положении посредством кронштейна 4 (механизм подачи фиксируется вблизи устройства подачи электронного пучка (электронного луча). Далее ослабляются винты 26, передняя 35 и задняя 36 обоймы устанавливаются друг относительно друг друга на требуемом расстоянии на направляющих 20, 21, определяемом размерами используемого пруткового расходного материала, затем они фиксируются путем затяжки винтов 26.
Между обоймами устанавливается прутковый расходуемый материал 37, согласно расположению, приведенному на фиг. 5. Количество материала определяется конфигурацией изготавливаемого аддитивными технологиями изделия (по массе либо объему). Нижний пруток под действием сил тяжести располагается таким образом, чтобы попасть в зазор между планками 16, 17.
Работа механизма подачи носит циклический характер, и каждый цикл выполняется следующим образом. В процессе аддитивного производства вращение вала привода 6 через муфту 8 подается на ходовой винт 7. Вращение винта обеспечивает поступательное движение гайки 10 винтовой передачи с установленным на ней ползуном 11. Вместе с ползуном перемещается упор 12, выступающая часть которого перемещается в зазоре между планками 16, 17 до касания с прутком расходуемого материала. При дальнейшем перемещении упор 12 толкает пруток расходуемого материала до его входа в направляющий узел механизма подачи. Под воздействием упора пруток перемещается по каналу 31 до выхода из направляющего узла. На выходе из узла пруток занимает требуемое положение при помощи направляющей призмы 32 и роликового прижима 34. При перемещении ползуна 11 до крайнего положения следующий пруток расходного материала под действием сил тяжести занимает место в зазоре между планками 16, 17. Это является рабочим ходом цикла. Затем включается реверс двигателя 6, при котором ползун 11 совершает возвратное перемещение. При возвратном перемещении ползуна упор 12 упирается в лежащий пруток расходного материала, проворачивается по часовой стрелке относительно оси 13 и наклоняется таким образом, чтобы дальнейшее перемещение осуществлялось под прутком (фиг. 6). При этом пружина 14 растягивается. При достижении положения, определяемого концевым датчиком 15, происходит возврат пружины в исходное положение. Под ее воздействием происходит поворот упора 12 относительно оси 13 с его возвратом в рабочее положение. Это является холостым ходом цикла. Затем включается реверс двигателя 6, при котором ползун 11 совершает поступательное перемещение и цикл повторяется.