CN103866318B - 一种选区激光熔融深孔增补修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种选区激光熔融深孔增补修复装置，采用选取激光熔融技术（SLM技术）对深孔进行增补修复，该装置能够采用选区激光熔融方法对深孔内部损伤进行修复。本发明工作台能够三向移动，带动待加工零件在三维空间内自由移动，装置中设置的送粉漏斗和光斑聚焦位置可根据待加工零件在竖直方向上的位置进行调节，在工作台下部安装有电阻丝，利用电阻丝通电产生的热量预热粉末到预定的温度，提高加工零件的致密性，降低裂纹的产生；在粉末漏斗下端设置送粉套筒，能够将粉末均匀送到待加工零件的深孔内，送粉套筒的长度可以按需调节，在对待加工零件的深孔结构进行增补修复时，可以深入孔内部送粉。这使得零件修复不再局限于表面，也为制造工艺优化提供了发展的空间。

Description

一种选区激光熔融深孔增补修复装置

技术领域

本发明涉及激光熔融成形设备领域，特别是一种针对深孔增补修复技术的装置。

背景技术

在机械零件中，带孔零件一般要占零件总数的50%～80%。随着现代工业产品不断向精密、小型、轻型、高密度和高可靠性的方向发展，孔径越来越小，孔的分布密度越来越大。深孔则是指孔深与直径之比大于10的孔。

在复杂零件深孔特征加工时，普遍加工工艺为：钻孔、扩孔、粗铰孔、精镗深孔型面、精铰孔，加工过程复杂，若加工过程出错，孔深或孔的直径大于要求值，该深孔特征甚至整个零件就会报废。而采用修复技术对出错部位进行填补后再加工可以大大减少因为加工失误存在的材料浪费。另一方面，当深孔经过长时间工作，受到高温高压、重载腐蚀等作用，内表面易磨损，强度和装配精度降低，采用修复技术修复零件深孔部分，是延长产品寿命、降低维护成本的重要方法和手段。

现有的修复技术包括合金镀铁、金属喷丸、焊接处理、同轴送粉激光熔覆等。专利申请号为CN201210495476的发明专利“一种缸类零件的内孔表面损伤修复工艺”介绍了一种使用与缸类零件材质相同的焊丝对缸类零件内孔表面进行旋转施焊处理的修复工艺。该焊接处理工艺解决了镀铁修复存在的结合力不足、易产生起皮、脱层的缺点，降低修复成本。专利申请号为CN200610043181的发明专利“基于激光快速成形机的工模具或零件表面修复方法”。根据零件表面局部损伤情况，利用激光快速成形方法，由激光束进行扫描熔覆处理，对金属零件表面损伤部位进行修复。上诉修复技术，前者关注内孔表面的修复；后者局限于零件的表面修复。对于深孔特征损坏、孔深改变的这类零件的修复，目前普遍采用的修复方法是去除零件的损毁部分，这种方法利用率低、修复周期长、焊接处强度低，材料资源浪费大。深孔增补修复是目前产品修复领域的一项空缺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选区激光熔融深孔增补修复装置，采用选取激光熔融技术（SLM技术）对深孔进行增补修复，该装置能够采用选区激光熔融方法对深孔内部损伤进行修复。

本发明的技术方案为：一种选区激光熔融深孔增补修复装置，包括底座、X轴导轨组、X轴直线电机、支架台、工装台、电阻丝、Z轴支撑座、Z轴电动引动器、连接板、Y轴底座、Y轴直线电机、Y轴导轨组、送粉套筒、开合挡片、电磁铁、送粉支撑座、粉末漏斗、送粉管道、送粉引动器、气氛保护罩、振镜系统、聚焦系统、扩束装置、光纤激光器和中央控制器；在支架台上表面上设置底座，使支架台上表面X轴与底座X轴平行，所述底座上固定安装有X轴导轨组和X轴直线电机，X轴导轨组为组平行对称分布在底座两侧的直线导轨，导轨方向与X轴方向平行，每根导轨上设置有相应的滑块；底座中间开有凹槽，X轴直线电机安装在凹槽中间，X轴直线电机上设置有相应滑块，且滑块运动方向与X轴方向平行；所述Y轴底座下底面的两端分别与X轴导轨组的导轨的两个滑块相固连，中间与X轴直线电机的滑块相固连；所述Y轴底座上固定安装有Y轴直线电机和Y轴导轨组，Y轴导轨组为组平行对称分布在Y轴底座两侧的直线导轨，导轨方向与Y轴方向平行，每根导轨上设置有相应的滑块；Y轴底座中间开有凹槽，Y轴直线电机安装在凹槽中间，Y轴直线电机上设置有相应滑块，滑块运动方向与Y轴方向平行；所述连接板下底面分别与Y轴导轨组导轨的滑块和Y轴直线电机的滑块相固连；连接板上表面沿X轴方向固连支板，支板平行于连接板X轴方向的表面固定安装有Z轴电动引动器，Z轴电动引动器设置有相应滑块，且滑块的运动方向为Z轴方向；滑块上固定安装有L形Z轴支撑座的一边，且Z轴支撑座另一边的下底面与水平面平行，电阻丝的下底面固定安装在该边的上表面，电阻丝的上表面固定安装有工装台，且工装台的上表面与水平面平行；支架台上表面沿X轴方向固定安装有送粉电动引动器，送粉电动引动器上设置有相应滑块，且滑块的运动方向为Z轴方向，滑块上固连有L形的送粉支撑座的一边，另一边底部开长方形孔，粉末漏斗穿过该孔并固定连接在送粉支撑座上，粉末漏斗与Z轴方向平行，粉末漏斗为棱柱形；粉末漏斗下漏口每个棱面底端均设置一个方形薄片，送粉套筒方形部分通过该薄片与粉末漏斗相连，送粉管道放置在粉末漏斗内；送粉支撑座与Z轴支撑座相对；气氛保护罩以支架台的上表面为底面，四周和顶面以板材围成，抽气装置和送气装置连通气氛保护罩内部；所述振镜系统固定安装在气氛保护罩的顶面，其透镜正对气氛保护罩的顶面开口处，位于底座的正上方，振镜系统、动态聚焦系统、扩束装置、激光发生器依次通过光纤固连；所述中央控制器分别与X轴直线电机、电阻丝、Z轴电动引动器、Y轴直线电机、电磁铁、送粉管道和送粉引动器相连。

送粉套筒上端为棱柱形结构，与粉末漏斗的方形薄片连接；下端为圆柱形，插入深孔送粉。

在送粉套筒和粉末漏斗之间用开合挡片相隔，通过开合挡片控制送粉量；开合挡片与电磁铁一端相连，电磁铁另一端安装复位弹簧，且电磁铁与中央控制器相连，通过电磁铁磁性的启动控制开合挡片的转动，在复位弹簧作用下使开合挡片恢复水平位置。

所述抽气装置由真空泵、抽气管道和抽气阀组成，真空泵由抽气阀控制对舱体内进行抽真空处理；充气装置由充气管道、氩气供应装置和充气阀组成，氩气供应装置由充气阀控制对舱体内进行氩气填充。

气氛保护罩的侧面设有舱门。

还包括压力传感器，压力传感器安装在气氛保护罩的顶部，与中央控制器相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：1）本发明工作台能够三向移动，带动待加工零件在三维空间内自由移动，精确定位。相比传统选区激光熔融成形设备成形缸只能在竖直方向一个方向上移动，本设备加工柔性高。2）本发明装置中的送粉漏斗和光斑聚焦位置可根据待加工零件在竖直方向上的位置进行调节，扩大了竖直方向的加工量程。3）本发明在工作台下部安装有电阻丝，利用电阻丝通电产生的热量预热粉末到预定的温度，提高加工零件的致密性，降低裂纹的产生。在工件台底部预热，避免对激光器等上部原件的干涉。4）本发明送粉套筒主要为了将粉末均匀送到待加工零件的深孔内，送粉套筒的长度可以按需调节，在对待加工零件的深孔结构进行增补修复时，可以深入孔内部送粉。这使得零件修复不再局限于表面，也为制造工艺优化提供了发展的空间。

附图说明

图1为本发明的选区激光熔融深孔增补修复装置结构示意图。

图2为本发明的X-Y-Z三维工作台结构示意图。

图3为本发明送粉系统三维图。

图4为本发明底座1、Y轴底座10的结构示意图。

图5为本发明Z轴支撑座7的结构示意图。

图6为本发明连接板9的结构示意图。

图7为本发明粉末漏斗17的结构示意图。

图8为本发明送粉支撑座16的结构示意图。

图9为本发明送粉套筒13的结构示意图。

图10为本发明开合挡片14与电磁铁15的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：

结合附图所示，可用于深孔增补修复的多功能选择性激光熔融装置，本发明的技术方案为：一种选区激光熔融深孔增补修复装置，包括底座1，X轴直线电机3，X轴导轨组2，支架台4，工装台5，电阻丝6，Z轴支撑座7，Z轴电动引动器8，连接板9，Y轴底座10，Y轴直线电机11，Y轴导轨组12，送粉套筒13，开合挡片14，电磁铁15，送粉支撑座16，粉末漏斗17，送粉管道18，送粉引动器19，氩气供应装置20，充气阀21，充气管道22，真空泵23，抽气管道24，抽气阀25，压力传感器26，气氛保护罩27，振镜系统28，聚焦系统29，扩束装置30，光纤激光器31，中央控制器32。上述X轴方向指水平面内部件X轴直线电机3中导轨沿线方向，Y轴方向指水平面内垂直于X轴的方向，Z方向同时垂直于X轴和Y轴。

上述支架台4放置在地面上，在支架台4上表面上设置底座1，使支架台4上表面X轴与底座1X轴平行。所述底座1上固定安装有X轴导轨组2和X轴直线电机3，所述X轴导轨组2有2组平行对称分布在底座1两侧的直线导轨，每根导轨上设置有相应的滑块，底座1中间开有凹槽34（如图4），X轴直线电机3安装在凹槽34中间，X轴直线电机3上设置有相应滑块，且滑块运动方向与X轴方向平行，Y轴底座10下底面的两端分别与X轴导轨组2的导轨的两个滑块相固连，中间与X轴直线电机3的滑块相固连，且下底面和支架台4上表面平行；中央控制器32控制X轴直线电机3工作时，带动Y轴底座10沿X方向运动。所述Y轴底座10上固定安装有Y轴直线电机11和Y轴导轨组12，所述Y轴导轨组12有2组平行对称分布在Y轴底座10两侧的直线导轨，导轨方向与Y轴方向平行，每根导轨上设置有相应的滑块，所述Y轴底座10中间开有凹槽34（如图4），Y轴直线电机11安装在凹槽34中间，Y轴直线电机11上设置有相应滑块，且滑块运动方向与Y轴平行，连接板9下底面的两端分别与Y轴导轨组12的导轨的两个滑块相固连，中间与Y轴直线电机11的滑块相固连，且下底面和支架台4上表面平行；中央控制器32控制当Y轴直线电机11工作时，带动连接板9沿Y方向运动。所述连接板9上表面沿X轴方向固连支板35（如图6），支板35平行于连接板9的X轴方向的表面固定安装有Z轴电动引动器8，Z轴电动引动器8设置有相应滑块，且滑块的运动方向为Z轴方向；滑块上固定安装有L形Z轴支撑座7的一边，且Z轴支撑座7另一边的下底面与水平面平行，电阻丝6的下底面固定安装在该边的上表面，电阻丝6的上表面固定安装有用于安装工件的工装台5，且工装台5的上表面与水平面平行；电阻丝5通电加热，利用金属的导热性对粉末进行预热。结构如图2所示。

所述支架台4上表面沿X轴方向固定安装有送粉电动引动器19，送粉电动引动器19上设置有相应滑块，且滑块的运动方向为Z轴方向，滑块上固连有L形的送粉支撑座16的一边，另一边底部开长方形孔（如图8），粉末漏斗17穿过该孔并固定连接在送粉支撑座16上，粉末漏斗17与Z轴方向平行，粉末漏斗17为四棱柱形；粉末漏斗17下漏口每个棱面底端均设置一个方形薄片36（如图7），送粉套筒13一侧方形部分通过该薄片与粉末漏斗17用螺钉连接，送粉套筒13（如图9）另一侧圆柱形部分有10mm、20mm、50mm、100mm不同长度，根据不同的深孔特征，通过螺钉拆卸，可更换送粉套筒13，选择不同的尺寸。送粉时，送粉套筒13插入深孔内部。送粉管道18放置在粉末漏斗17内，粉末漏斗17储存一定量的粉末，当粉末漏斗17内的粉末量较少时，通过送粉管道18输送粉末。在送粉套筒13和粉末漏斗17之间用开合挡片14相隔，通过开合挡片14控制送粉量。所述开合挡片14与电磁铁15相连，通过电磁铁15磁性的启动控制开合挡片14的转动，在复位弹簧37作用下使开合挡片14恢复水平位置。在中央控制器32控制送粉引动器工作时，运动方向为Z向的滑块带动送粉支撑座16在Z方向上运动，从而带动送粉套筒13和粉末漏斗17沿Z向运动；送粉支撑座16与Z轴支撑座7相对；

所述气氛保护罩27以支架台4的上表面为底面，四周和顶面以板材围成，加工过程通过顶面观察；内部连通有抽气装置和送气装置，通过充气管道22、抽气管道24连接氩气供应装置20和真空泵23，且氩气供应装置20和真空泵23分别由充气阀21和抽气阀25控制，抽气时压力传感器26的数值显示设定值时关闭抽气阀25打开充气阀21停止抽气，充气时其数值显示设定值时关闭充气阀21停止充气；所述振镜系统28固定安装在气氛保护罩27的顶面，其透镜正对气氛保护罩27的顶面开口处，位于底座1的正上方，振镜系统28、动态聚焦系统29、扩束装置30、激光发生器31依次通过光纤固连；

所述中央控制器32控制X轴直线电机3，电阻丝6，Z轴电动引动器8，Y轴直线电机10，电磁铁15，送粉管道18，送粉引动器19运行。

本发明装置的具体工作过程如下：

1.将待加工零件安装在工装台5的正上方，关闭气氛保护罩27的舱门33，启动中央控制器32，控制电阻丝6通电加热。

2.开启抽气阀25，将气氛保护罩27内的空气抽真空；当压力传感器26显示数值为设定值时，中央控制器32关闭抽气阀25，开启充气阀21，值到压力传感器26显示的数值为设定值。

3.中央控制器32控制X轴直线电机3工作，带动Y轴底座10在X向移动，使得工装台5位于送粉引动器19的正前方；控制Y轴直线电机11工作，带动连接板9沿Y向移动，使得工装台5位于粉末漏斗17的正下方；微小调节X轴导轨组2，X轴直线电机3，Y轴导轨组8，Y轴直线电机9，使得送粉套筒13位于待加工零件深孔结构或者待加工表面的正上方；

4.中央控制器32控制送粉引动器19工作，带动送粉支撑座16沿Z向移动，从而调节粉末套筒13的竖直位置，保证粉末漏斗17的底面和零件待加工上表面平行。消除电磁铁15磁性，开合挡片14转动，粉末铺覆在待加工表面。送粉引动器19带动送粉支撑座16回到原始高度位置。

5.重复步骤2，调节待加工区域在X-Y平面位置，使得铺覆的粉末位于激光光斑处。

6.控制激光扫描系统，进行激光熔融加工。

7.激光扫描加工结束后，中央控制器32控制Z轴电动引动器3工作，带动工装台5和电阻丝6下降一个层厚的高度，重复步骤2，步骤3，步骤4，步骤5进行下一次激光熔融成形，直至加工成形。

Claims (6)

1.一种选区激光熔融深孔增补修复装置，其特征在于：包括底座[1]、X轴导轨组[2]、X轴直线电机[3]、支架台[4]、工装台[5]、电阻丝[6]、Z轴支撑座[7]、Z轴电动引动器[8]、连接板[9]、Y轴底座[10]、Y轴直线电机[11]、Y轴导轨组[12]、送粉套筒[13]、开合挡片[14]、电磁铁[15]、送粉支撑座[16]、粉末漏斗[17]、送粉管道[18]、送粉电动引动器[19]、气氛保护罩[27]、振镜系统[28]、动态聚焦系统[29]、扩束装置[30]、光纤激光器[31]和中央控制器[32]；在支架台[4]上表面上设置底座[1]，使支架台[4]上表面X轴与底座[1]X轴平行，所述底座[1]上固定安装有X轴导轨组[2]和X轴直线电机[3]，X轴导轨组[2]为2组平行对称分布在底座[1]两侧的直线导轨，导轨方向与X轴方向平行，每根导轨上设置有相应的滑块；底座[1]中间开有凹槽[34]，X轴直线电机[3]安装在凹槽[34]中间，X轴直线电机[3]上设置有相应滑块，且滑块运动方向与X轴方向平行；所述Y轴底座[10]下底面的两端分别与X轴导轨组[2]的导轨的两个滑块相固连，中间与X轴直线电机[3]的滑块相固连；所述Y轴底座[10]上固定安装有Y轴直线电机[11]和Y轴导轨组[12]，Y轴导轨组[12]为2组平行对称分布在Y轴底座[10]两侧的直线导轨，导轨方向与Y轴方向平行，每根导轨上设置有相应的滑块；Y轴底座[10]中间开有凹槽[34]，Y轴直线电机[11]安装在凹槽[34]中间，Y轴直线电机[11]上设置有相应滑块，滑块运动方向与Y轴方向平行；所述连接板[9]下底面分别与Y轴导轨组[12]导轨的滑块和Y轴直线电机[11]的滑块相固连；连接板[9]上表面沿X轴方向固连支板[35]，支板[35]平行于连接板[9]X轴方向的表面固定安装有Z轴电动引动器[8]，Z轴电动引动器[8]设置有相应滑块，且滑块的运动方向为Z轴方向；滑块上固定安装有L形Z轴支撑座[7]的一边，且Z轴支撑座[7]另一边的下底面与水平面平行，电阻丝[6]的下底面固定安装在该边的上表面，电阻丝[6]的上表面固定安装有工装台[5]，且工装台[5]的上表面与水平面平行；支架台[4]上表面沿X轴方向固定安装有送粉电动引动器[19]，送粉电动引动器[19]上设置有相应滑块，且滑块的运动方向为Z轴方向，滑块上固连有L形的送粉支撑座[16]的一边，另一边底部开长方形孔，粉末漏斗[17]穿过该孔并固定连接在送粉支撑座[16]上，粉末漏斗[17]与Z轴方向平行，粉末漏斗[17]为棱柱形；粉末漏斗[17]下漏口每个棱面底端均设置一个方形薄片[36]，送粉套筒[13]方形部分通过该薄片与粉末漏斗[17]相连，送粉管道[18]放置在粉末漏斗[17]内；送粉支撑座[16]与Z轴支撑座[7]相对；气氛保护罩[27]以支架台[4]的上表面为底面，四周和顶面以板材围成，抽气装置和送气装置连通气氛保护罩[27]内部；所述振镜系统[28]固定安装在气氛保护罩[27]的顶面，其透镜正对气氛保护罩[27]的顶面开口处，位于底座[1]的正上方，振镜系统[28]、动态聚焦系统[29]、扩束装置[30]、光纤激光器[31]依次通过光纤固连；所述中央控制器[32]分别与X轴直线电机[2]、电阻丝[6]、Z轴电动引动器[8]、Y轴直线电机[10]、电磁铁[15]、送粉管道[18]和送粉电动引动器[19]相连。

2.根据权利要求1所述的选区激光熔融深孔增补修复装置，其特征在于：送粉套筒[13]上端为棱柱形结构，与粉末漏斗[17]的方形薄片连接；下端为圆柱形，插入深孔送粉。

3.根据权利要求1所述的选区激光熔融深孔增补修复装置，其特征在于：在送粉套筒[13]和粉末漏斗[17]之间用开合挡片[14]相隔，通过开合挡片[14]控制送粉量；开合挡片[14]与电磁铁[15]一端相连，电磁铁[15]另一端安装复位弹簧[37]，且电磁铁[15]与中央控制器[32]相连，通过电磁铁[15]磁性的启动控制开合挡片[14]的转动，在复位弹簧[37]作用下使开合挡片[14]恢复水平位置。

4.根据权利要求1所述的选区激光熔融深孔增补修复装置，其特征在于：所述抽气装置由真空泵[23]、抽气管道[24]和抽气阀[25]组成，真空泵[23]由抽气阀[25]控制对舱体内进行抽真空处理；充气装置由充气管道[22]、氩气供应装置[20]和充气阀[21]组成，氩气供应装置[20]由充气阀[21]控制对舱体内进行氩气填充。

5.根据权利要求1所述的选区激光熔融深孔增补修复装置，其特征在于：气氛保护罩[27]的侧面设有舱门[33]。

6.根据权利要求1所述的选区激光熔融深孔增补修复装置，其特征在于：还包括压力传感器[26]，压力传感器[26]安装在气氛保护罩[27]的顶部，与中央控制器[32]相连。