CN109676216B - 一种内圆面增材制造或修复的一体化成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，包括水平驱动系统、旋转驱动系统和枪体夹持系统，水平驱动系统包括电机驱动的偏心轮，偏心轮上的圆孔通过铰接头与连杆相连；旋转驱动系统包括空心轴、卡盘和尾座，调速电机驱动的卡盘装夹在空心轴的一端，空心轴的另一端通过轴承与尾座固定连接，连杆的另一端通过铰接头与尾座连接；枪体夹持系统包括一个或多个枪体夹具，枪体夹具通过锁紧螺母锁紧在空心轴上，枪体夹具用于内圆面的增材制造或修复。该内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，一次加工即可实现预热、制造(修复)、后热处理的一体化成形效果，可显著提高施工效率，并减轻工人的劳动强度。

Description

一种内圆面增材制造或修复的一体化成形装置

技术领域

本发明涉及结构修复技术领域，特别是涉及一种内圆面增材制造或修复的一体化成形装置。

背景技术

在矿山、石油石化、电力、煤炭等行业中，所运输的物料或介质往往容易导致结构的冲蚀、磨损失效等问题，针对这些问题，一方面需要在结构制造过程中考虑上述因素的影响，在结构表面制备耐蚀耐磨层；另一方面，对于已经出现表面失效的构件，可以通过表面修复后继续使用。采用表面增材的方法制作表面功能层，或采用表面增材制造的方法对失效结构表面进行修复，具有经济性好、节约制造或维修成本等优势，具有良好的应用前景。对于平面结构表面的增材制造或修复，常规设备即可实现生产要求。但是对于结构内壁，特别是内圆面的增材制造或修复而言，至今尚无相关成套设备可供选用。

发明内容

本发明的目的是提供一种内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，以解决上述现有技术存在的问题，一次加工即可实现预热、制造(修复)、后热处理的一体化成形效果，可显著提高施工效率，并减轻工人的劳动强度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，包括水平驱动系统、旋转驱动系统和枪体夹持系统；

所述水平驱动系统包括电机驱动的偏心轮，所述偏心轮上的圆孔通过铰接头与连杆相连；

所述旋转驱动系统包括空心轴、卡盘和尾座，调速电机驱动的所述卡盘装夹在所述空心轴的一端，所述空心轴的另一端通过轴承与所述尾座固定连接，所述连杆的另一端通过铰接头与所述尾座连接；

所述枪体夹持系统包括一个或多个枪体夹具，所述枪体夹具通过锁紧螺母锁紧在所述空心轴上，所述枪体夹具用于内圆面的增材制造或修复。

优选的，所述偏心轮上有一系列距圆心不同尺寸的所述圆孔。

优选的，所述尾座和卡盘分别固定在前支架和后支架上，两支架的高度可调；所述前支架和后支架的底端分别安装有前轮和后轮。

优选的，所述前支架和后支架呈人字形结构，且两个人字形结构的底端分别安装有所述前轮和后轮。

优选的，所述枪体夹具上开有3个不同直径的枪孔，每个枪孔角度间隔120度，在枪孔的一侧钻有螺纹孔，通过所述螺纹孔上的螺栓将枪体锁紧。

优选的，所述枪体可沿所述枪孔的长度范围移动。

优选的，所述枪体夹持系统还包括通过锁紧螺母锁紧在所述空心轴上的星形块，所述空心轴的外表面带有螺纹，该螺纹与所述星形块的内螺纹配合连接；所述星形块上分布有星形齿一，每个所述星形齿一间隔30度设置，所述星形块上的星形齿一与所述枪体夹具上的星形齿二的分布角度互补。

优选的，根据制造或修复工艺要求，所述空心轴上可安装多套所述枪体夹持系统；通过调节所述星形齿一和星形齿二的配合位置来调节各个所述枪体夹持系统之间的角度。

优选的，该装置还包括有热处理系统，所述热处理系统包括感应线圈，所述感应线圈缠绕在具有内圆面结构的外表面。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，减少操作人员劳动强度，提高了施工效率，同时可保证表面功能层的质量和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为内圆面增材制造或修复的一体化成形装置的整体结构示意图；

图2为星形块的细节图；

图3为枪体夹具的结构示意图；

其中，0结构，11偏心轮，12圆孔，13铰接头，14连杆，21尾座，22轴承，23空心轴，231补给口，24电机，25卡盘，26前支架，27后支架，28前轮，29后轮，31星形块，311星形齿一，312内螺纹，32枪体夹具，321星形齿二，322枪孔，323螺纹孔，33锁紧螺母，34螺栓，41枪体，51感应线圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，以解决上述现有技术存在的问题，一次加工即可实现预热、制造(修复)、后热处理的一体化成形效果，可显著提高施工效率，并减轻工人的劳动强度。

基于此，本发明提供的内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，包括水平驱动系统、旋转驱动系统和枪体夹持系统，水平驱动系统包括电机驱动的偏心轮，偏心轮上的圆孔通过铰接头与连杆相连；旋转驱动系统包括空心轴、卡盘和尾座，调速电机驱动的卡盘装夹在空心轴的一端，空心轴的另一端通过轴承与尾座固定连接，连杆的另一端通过铰接头与尾座连接；枪体夹持系统包括一个或多个枪体夹具，枪体夹具通过锁紧螺母锁紧在空心轴上，枪体夹具用于内圆面的增材制造或修复。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-3，其中，图1为内圆面增材制造或修复的一体化成形装置的整体结构示意图；图2为星形块的细节图；图3为枪体夹具的结构示意图。

如图1-3所示，本发明提供一种内圆面增材制造或修复的一体化成形装置。装置主要由水平驱动系统、旋转驱动系统、枪体夹持系统、预热-后热处理系统四部分组成。

水平驱动系统以速度可调的电动机提供动力，带动偏心轮11做旋转运动，偏心轮11上有一系列距圆心不同尺寸的圆孔12，即每个圆孔12的偏心距不同，通过更换圆孔12可以调整增材或修复过程中枪体的往复移动范围，圆孔12通过铰接头13与连杆14相连，连杆14的另一端同样采用铰接头13与旋转驱动系统的尾座21相连。在调速电机的驱动作用下，偏心轮11的上的圆孔12将围绕调速电机的主轴旋转，进而通过铰接头13带动连杆14往复摆动，同时，由于连杆14的另一端通过铰接头与旋转驱动系统的尾座21相连接；整套装置的其余部分与尾座21相连，且在水平方向保持相对位置不变，由此即可实现由偏心轮—连杆结构带动整套装置往复运动。

旋转驱动系统由速度可调、旋转方向可调的电机24为驱动，电机24与卡盘25相连，可带动装夹在卡盘25上的空心轴23旋转，空心轴23的另一端通过轴承22与尾座21相连，尾座21和电机24分别固定在前支架26和后支架27上，支架长短可调，以保证空心轴23的轴心与结构0的内圆面中心重合，前支架26和后支架27支架分别与前轮28和后轮29相连，前、后支架及前、后轮分别由两组构成，呈“人”字形结构，以保证旋转驱动系统的稳定支撑。

空心轴23的外表面带有螺纹，与枪体夹持系统中的星形块31的内螺纹312配合连接，星形块31上分布有星形齿一311，每个星形齿一311间隔30度，与枪体夹具32上的星形齿二321恰好互补，采用锁紧螺母33将星形块31和枪体夹具32锁紧在空心轴23上。根据制造或修复工艺要求，空心轴23上可安装多套枪体夹持系统，以实现多丝制造，提高工作效率。枪体夹具32可以从星形块31中抽出，通过调节星形齿一311和星形齿二321的配合位置，可实现枪体夹具32与星形块31之间相对角度的调节，即每调整一个啮合齿，相对角度改变30度。当空心轴23上安装多套枪体夹持系统时，即可实现不同枪体之间角度的调节。当各个枪体之间的角度相同时，呈并列多丝的增材制造或修复的形式；当各个枪体之间的角度不同时，呈多丝之间的左右并列，前后纵列的增材制造或修复形式。

各个枪体夹持系统之间的距离设置需同时考虑偏心轮11上圆孔12的偏心距，以保证各个夹持系统的移动范围有重叠区域，进而保证表面功能层制造的完整性。

枪体夹具32上开有3个不同直径的枪孔322，每个枪孔角度间隔120度，在枪孔322的一侧钻有螺纹孔323，通过螺纹孔323上的螺栓34将枪体41锁紧。枪体41可沿枪孔322长度范围移动，以调整枪口与内圆面之间的距离。制造所用的丝材或保护气体可从尾座21的端部圆孔引入，经空心轴23的轴心空腔后由补给口231引出，并与枪体41连接。在水平驱动系统的带动下，枪体41将沿着内圆面的轴线方向做往复运动，同时在旋转驱动系统的带动下做旋转运动，进而实现内圆面的增材制造或者是表面修复。

将感应线圈51缠绕在结构0的外表面，采用感应加热的方法对结构体进行预热和/或后热处理，以保证表面层的制造或修复质量。

结合附图，对本装置的增材制造或修复过程进行进一步的说明。首先，根据内圆面增材制造或修复的面积，选定所用枪体的个数，即确定枪体夹持系统的数量。根据构件回转面的直径，调节升降架的高度，保证空心轴23的轴心与回转面的轴心重合。调节枪体与构件内圆面之间的距离，确定好位置后，锁紧固定螺栓。随后，根据构件的壁厚、填充材料的类型、具体工艺参数等信息确定各个枪体之间的排列形式、距离间隔等，然后在此基础上选定合适的偏心距，保证增材制造或修复过程中各个枪体的摆动范围有重叠区域，进而保证增材层或修复层的连续性。根据预热温度要求，采用感应加热的方式对构件进行预热，至预定温度后，引燃电弧，随即启动水平驱动系统的电机和旋转系统的电机，以实现焊枪沿回转面轴向的旋转运动和沿回转面轴线方向的往复移动。当各个枪体处在一个平面，即采用并列多丝的情况下，电弧可以同时引燃，同步进行增材或修复作业；当各个枪体之间存在角度的情况下，可先引燃第一个枪体上的电弧，当第二个枪体旋转至第一个枪体的初始角度后，随即引燃第二个枪体的电弧，以此类推。在并列多丝的增材或修复情况下，当枪体旋转360度之后，所有枪体上的电弧熄灭，即第一段作业区域完成；当各个枪体之间存在角度的情况下，当第一个枪体旋转360度之后，电弧熄灭，第二个枪体继续工作，直至旋转一周，当存在多个枪体时，以最后一把枪体完成作业为准。如若需要进行更长距离的表面增材或修复作业，则将整套装置向前移动一定范围，再进行下一段的表面增材或修复，待内圆面的增材或修复作业全部完成之后，再次选用感应线圈对构件进行后热处理，已满足增材层或修复层的表面质量要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，其特征在于：包括水平驱动系统、旋转驱动系统和枪体夹持系统；

所述水平驱动系统包括电机驱动的偏心轮，所述偏心轮上的圆孔通过铰接头与连杆相连；

所述旋转驱动系统包括空心轴、卡盘和尾座，调速电机驱动的所述卡盘装夹在所述空心轴的一端，所述空心轴的另一端通过轴承与所述尾座固定连接，所述连杆的另一端通过铰接头与所述尾座连接；

所述枪体夹持系统包括一个或多个枪体夹具，所述枪体夹具通过锁紧螺母锁紧在所述空心轴上，所述枪体夹具用于夹持并锁紧枪体，所述枪体对内圆面进行增材制造或修复。

2.根据权利要求1所述的内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，其特征在于：所述偏心轮上有一系列距圆心不同尺寸的所述圆孔。

3.根据权利要求1所述的内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，其特征在于：所述尾座和卡盘分别固定在前支架和后支架上，两支架的高度可调；所述前支架和后支架的底端分别安装有前轮和后轮。

4.根据权利要求3所述的内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，其特征在于：所述前支架和后支架呈人字形结构，且两个人字形结构的底端分别安装有所述前轮和后轮。

5.根据权利要求1所述的内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，其特征在于：所述枪体夹具上开有3个不同直径的枪孔，每个枪孔角度间隔120度，在枪孔的一侧钻有螺纹孔，通过所述螺纹孔上的螺栓将枪体锁紧。

6.根据权利要求5所述的内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，其特征在于：所述枪体可沿所述枪孔的长度范围移动。

7.根据权利要求1所述的内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，其特征在于：所述枪体夹持系统还包括通过锁紧螺母锁紧在所述空心轴上的星形块，所述空心轴的外表面带有螺纹，该螺纹与所述星形块的内螺纹配合连接；所述星形块上分布有星形齿一，每个所述星形齿一间隔30度设置，所述星形块上的星形齿一与所述枪体夹具上的星形齿二的分布角度互补。

8.根据权利要求7所述的内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，其特征在于：根据制造或修复工艺要求，所述空心轴上可安装多套所述枪体夹持系统；通过调节所述星形齿一和星形齿二的配合位置来调节各个所述枪体夹持系统之间的角度。

9.根据权利要求1所述的内圆面增材制造或修复的一体化成形装置，其特征在于：该装置还包括有热处理系统，所述热处理系统包括感应线圈，所述感应线圈缠绕在具有内圆面结构的外表面。

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