CN101108447A - 基于激光快速成形机的零件表面修复方法 - Google Patents

基于激光快速成形机的零件表面修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种基于激光快速成形机的零件表面修复方法。本发明根据零件表面局部损伤情况，应用三维实体造型CAD软件对损伤局部进行几何造型，应用激光快速成形机的前处理软件对造型好的几何实体进行分层数据处理，在真空或惰性气体气氛下，首先由送粉装置平铺一层金属或合金粉，然后由激光束进行扫描熔覆处理，并重复逐层送粉和熔覆处理，最终达到对复杂形状的工模具和零件局部进行精确修复。本发明应用了激光快速成形机完备的前处理和控制加工系统，在真空或惰性气体气氛下工作，有效避免了材料的氧化，可用于各种贵重金属、难熔难加工的耐磨、耐腐蚀、耐热、形状复杂的金属工模具或零件的表面修复，拓展了激光快速成形机的应用领域，具有效率高、精度高的特点。

Description

基于激光快速成形机的零件表面修复方法
(一)所属技术领域：
本发明涉及激光表面加工应用，特别涉及一种基于激光快速成形机对金属工模具和零件表面的损伤部位进行修复。
(二)背景技术：
金属工模具是重要的生产工具，使用中经常出现磨损、开裂、崩块、压塌等情况使得工模具失效，直接影响产品的质量和生产成本，对于许多成本昂贵的金属零件也存在此类问题。由于工模具和零件服役期间承受的外力大部分集中在表面且由表及里依次减少，表面处于最大应力状态，因此工模具和零件的失效大都首先发生于表面，或是由表面开始，因此对失效的表面局部部位进行修复是延长工模具和零件寿命的有效途径之一。
工程技术人员一直致力于延长工模具和零件寿命的实践和研究工作，以充分发挥材料的性能潜力。金属材料表面改性、堆焊修复技术、金属热喷焊修复技术等已经广泛应用于工模具和零件延寿，但普遍存在修复精度低，应用范围窄等不足。
在中国专利局公开的名称为“工模具表面改质和修复方法”(专利号为CN1651593)专利中，采用熔射方法快速地在工模具或零件表面形成所需材料的致密涂层，然后用激光对涂层按设定的扫描轨迹进行扫描重熔处理，使该涂层与基体冶金结合并得到高度致密的表面处理层。由于激光能量将金属材料熔化，极易使材料氧化，该方法实施有相当难度，修复质量难以保证，且对于复杂型面难以准确处理。
(三)发明内容：
为了克服现有的工模具和零件修复技术中存在的由于使用激光而导致材料氧化，且对于复杂型面难以准确处理的不足，本发明提出了一种应用激光快速成形机对工模具和零件表面进行高质量修复的技术。
本发明根据金属工模具和零件的表面局部损伤情况，应用三维实体造型CAD软件对损伤局部进行几何造型，然后应用激光快速成形机的前处理软件对造型好的几何实体进行分层数据处理，在激光快速成形机的真空工作环境，首先由其送粉装置平铺一层金属或合金粉，然后由激光束按其设定的扫描轨迹进行扫描熔覆处理，并重复逐层送粉和熔覆处理，最终达到对复杂形状的工模具和零件局部进行精确修复，其具体步骤是：
1.手工打磨彻底去除掉工模具或零件失效部位的裂纹和尖角；
2.用三座标测量仪对需要修复的打磨部位进行测量，并将测量的数据导入三维实体造型的CAD软件中进行几何实体建模；
3.将需修复部位的实体模型数据导入激光快速成形机的前处理系统中进行数据处理；
4.在激光快速成形机的储粉仓中加入相应成分的金属或合金粉；
5.将待修复的工模具或零件固定在激光快速成形机的工作仓台面上，密闭抽真空或通入保护性惰性气体；
6.调较激光头至初始修复部位，设定相应的加工参数；
7.激光快速成形机的送粉装置在修复部位铺敷金属粉或合金粉；
8.激光快速成形机的激光束对所铺的金属粉或合金粉进行扫描熔覆处理；
9.反复重复第7步和第8步，直至完成修复工作。
本发明应用了激光快速成形机完备的前处理和控制加工系统，在真空工作环境下，尽可能避免了材料的氧化，可以对各种贵重金属、难熔难加工的耐磨、耐腐蚀、耐热、形状复杂的金属工模具或零件表面进行高效率、高精度的修复，以达到延长其使用寿命的目的，拓展了激光快速成形机的应用领域。
(四)附图说明
附图1是基于激光快速成形机的工模具和零件表面修复步骤示意图。
(五)具体实施方式：
实施例一
本实施例应用激光快速成形机对表面因磨损、开裂、崩块、压塌等情况而失效的5CrNiMo材质的工模具和零件进行修复，所用的金属粉是5CrNiMo合金粉(颗粒尺寸小于50μm)，具体步骤如下：
1.对于失效的工模具和零件，首先彻底去除掉失效部位的裂纹和尖角使其表面基本光顺，以免修复后重新产生裂纹以及裂纹的进一步纵深发展。
2.应用三座标测量仪对需要修复的部位进行测量，将测量的数据导入三维实体造型的CAD软件中进行处理，并根据工模具和零件的外形造型出需要修复部位的三维实体几何模型。
3.将需修复部位的实体模型数据导入激光快速成形机的前处理系统中进行数据处理，生成修复部位几何形体的分层处理数据。
4.根据所需要修复工模具和零件的材质准备5CrNiMo合金粉，并将其加入到激光快速成形机的送粉装置中。
5.将工模具和零件固定在激光快速成形机的工作仓台面上，通入保护性惰性气体，调较激光头至初始修复部位，设定相应的加工参数为CO2激光功率200瓦，扫描速度75mm/s，扫描间距为0.1mm。
6.激光快速成形机的送粉装置在修复部位铺一薄层合金粉，粉层厚度0.05mm。
7.激光快速成形机按其设定的扫描轨迹对所铺的合金粉进行扫描熔覆处理。
8.重复第6和第7步，直至完成修复工作。
实施例二
本实施例应用激光快速成形机对表面因磨损、开裂、崩块、压塌等情况而失效的不锈钢1Cr18Ni9Ti零件进行修复，所用的金属粉是1Cr18Ni9Ti合金粉(颗粒尺寸小于50μm)，其步骤如下：
1.对于失效的零件，首先彻底去除掉失效部位的裂纹和尖角使其表面基本光顺，以免修复后重新产生裂纹以及裂纹的进一步纵深发展。
2.应用三座标测量仪对需要修复的部位进行测量，将测量的数据导入三维实体造型的CAD软件中进行处理，并根据零件的外形造型出需要修复部位的三维实体几何模型。
3.将需修复部位的实体模型数据导入激光快速成形机的前处理系统中进行数据处理，生成修复部位几何形体的分层处理数据。
4.根据所需要修复零件的材质准备1Cr18Ni9Ti合金粉，并将其加入到激光快速成形机的送粉装置中。
5.将零件固定在激光快速成形机的工作仓台面上，密闭抽真空，调较激光头至初始修复部位，设定相应的加工参数为CO2激光功率200瓦，扫描速度50mm/s，扫描间距为0.3mm。
6.激光快速成形机的送粉装置在修复部位铺一薄层合金粉，粉层厚度0.05mm。
7.激光快速成形机按其设定的扫描轨迹对所铺的合金粉进行扫描熔覆处理。
8.反复重复第6和第7步，直至完成修复工作。
实施例三
本实施例应用激光快速成形机对表面因磨损、开裂、崩块、压塌等情况而失效的TC4钛合金材质的零件进行修复，所用的金属粉是TC4合金粉(颗粒尺寸小于50μm)，具体步骤如下：
1.对于失效的零件，首先彻底去除掉失效部位的裂纹和尖角使其表面基本光顺，以免修复后重新产生裂纹以及裂纹的进一步纵深发展。
2.应用三座标测量仪对需要修复的部位进行测量，将测量的数据导入三维实体造型的CAD软件中进行处理，并根据零件的外形造型出需要修复部位的三维实体几何模型。
3.将需修复部位的实体模型数据导入激光快速成形机的前处理系统中进行数据处理，生成修复部位几何形体的分层处理数据。
4.根据所需要修复零件的材质准备TC4合金粉，并将其加入到激光快速成形机的送粉装置中。
5.将零件固定在激光快速成形机的工作仓台面上，密闭抽真空，调较激光头至初始修复部位，设定相应的加工参数为CO2激光功率200瓦，扫描速度50mm/s，扫描间距为0.2mm。
6.激光快速成形机的送粉装置在修复部位铺一薄层合金粉，粉层厚度0.1mm。
7.激光快速成形机按其设定的扫描轨迹对所铺的合金粉进行扫描熔覆处理。
8.重复第6和第7步，直至完成修复工作。
实施例四
本实施例应用激光快速成形机对表面因磨损、开裂、崩块、压塌等情况而失效的W18Cr4V高速钢材质的工模具进行修复，所用的金属粉是W18Cr4V合金粉(颗粒尺寸小于50μm)，具体步骤如下：
1.对于失效的工模具，首先彻底去除掉失效部位的裂纹和尖角使其表面基本光顺，以免修复后重新产生裂纹以及裂纹的进一步纵深发展。
2.应用三座标测量仪对需要修复的部位进行测量，将测量的数据导入三维实体造型的CAD软件中进行处理，并根据工模具的外形造型出需要修复部位的三维实体几何模型。
3.将需修复部位的实体模型数据导入激光快速成形机的前处理系统中进行数据处理，生成修复部位几何形体的分层处理数据。
4.根据所需要修复工模具的材质准备W18Cr4V合金粉，并将其加入到激光快速成形机的送粉装置中。
5.将工模具固定在激光快速成形机的工作仓台面上，密闭抽真空，调较激光头至初始修复部位，设定相应的加工参数为CO2激光功率200瓦，扫描速度50mm/s，扫描间距为0.2mm。
6.激光快速成形机的送粉装置在修复部位铺一薄层合金粉，粉层厚度0.05mm。
7.激光快速成形机按其设定的扫描轨迹对所铺的合金粉进行扫描熔覆处理。
8.重复第6和第7步，直至完成修复工作。
实施例五
本实施例应用激光快速成形机对表面因磨损、开裂、崩块、压塌等情况而失效的Ni材质的零件进行修复，所用的金属粉是Ni金属粉(颗粒尺寸小于50μm)，具体步骤如下：
1.对于失效的零件，首先彻底去除掉失效部位的裂纹和尖角使其表面基本光顺，以免修复后重新产生裂纹以及裂纹的进一步纵深发展。
2.应用三座标测量仪对需要修复的部位进行测量，将测量的数据导入三维实体造型的CAD软件中进行处理，并根据零件的外形造型出需要修复部位的三维实体几何模型。
3.将需修复部位的实体模型数据导入激光快速成形机的前处理系统中进行数据处理，生成修复部位几何形体的分层处理数据。
4.根据所需要修复零件的材质准备Ni金属粉，并将其加入到激光快速成形机的送粉装置中。
5.将零件固定在激光快速成形机的工作仓台面上，通入保护性惰性气体，调较激光头至初始修复部位，设定相应的加工参数为CO2激光功率200瓦，扫描速度50mm/s，扫描间距为0.2mm。
6.激光快速成形机的送粉装置在修复部位铺一薄层金属粉，粉层厚度0.05mm。
7.激光快速成形机按其设定的扫描轨迹对所铺的金属粉进行扫描熔覆处理。
8.重复第6和第7步，直至完成修复工作。
由于激光快速成形过程中激光束与材料相互作用时的快速熔化和凝固过程，使修复部位与基体材料达到冶金结合，修复部位的材料组织细小、均匀、致密，提高了材料的力学和耐腐蚀性能。

Claims (1)

1.一种基于激光快速成形机的零件表面修复方法，其特征在于应用激光快速成形机完备的前处理和控制加工系统，在真空或保护性惰性气体气氛下对工模具和零件损伤局部进行修复，具体步骤是：
第一步  打磨去除零件失效部位的裂纹和尖角；
第二步  对需要修复部位进行测量，并将测量的数据导入CAD软件中进行几何实体建模；
第三步  将实体模型数据导入激光快速成形机的前处理系统中进行数据处理；
第四步在激光快速成形机的储粉仓中加入相应成分的金属或合金粉；
第五步将待修复的零件固定在激光快速成形机的工作仓台面上，密闭抽真空或通入保护性惰性气体；
第六步  调较激光头至初始修复部位，设定相应的加工参数为CO2激光功率200瓦，扫描速度75-50mm/s，扫描间距为0.1mm-0.3mm；
第七步  利用激光快速成形机的送粉装置在修复部位铺一薄层金属粉，粉层厚度0.05mm-0.1mm；
第八步  激光快速成形机的激光束对所铺的金属粉按相应的加工参数进行扫描熔覆处理，并重复第七步，直至完成修复工作。
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