CN110846657A - 复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统及方法，包括数控加工机床，数控加工机床设置工件夹持装置，工件夹持装置将工件夹持并带动其旋转；所述数控加工机床上设置移动工作台，等离子枪与移动工作台连接，由移动工作台带动等离子枪上下左右移动，等离子枪对应设置于工件上方，工件外周套设感应加热线圈，感应加热线圈与电源连接，电源与加热控制器连接。

Description

复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统及方法

技术领域

本公开属于回转工件制程工艺技术领域，具体涉及一种复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统及方法。

背景技术

在制程工艺领域，许多轴类、缸杆类回转体金属构件表面具有较高的耐磨、耐蚀性能要求，需要进行特殊专业处理，常用的处理技术主要有以下几类：

1、电镀技术，电镀设备简单，操作容易，造价便宜，电镀效率好。但是，耗用金属成本较高；镀层较薄，从几个微米到几十微米不等，一般不超过100μm；镀层与基体结合力弱，容易脱落，耐蚀性差。另外会产生大量工业废水，造成资源浪费及环境污染，为迫切疏解产业。

2、热喷涂技术，涂层具有耐磨损、耐腐蚀等优异性能。但是涂层与基体属于机械结合，结合力较差，一般为100～200MPa，容易脱落；另外，涂层气孔较多，需采用多层沉积方式制备，导致效率降低，粉材利用率最高为50％。

3、等离子熔覆技术，该技术热量集中，加热速度快。但是涂层厚度比较厚，一般在3mm左右，且表面质量不高，需要后续加工处理，造成成本上升及材料浪费。

4、激光熔覆技术，热量集中，加热快，热影响区小。设备价格昂贵，维护成本高。加工效率低，粉末利用效率低。大功率激光设备的高成本，及生产效率的低下，限制了该技术大规模产业化应用。

中国专利公开了一种等离子激光复合喷涂系统、喷涂方法及工件，利用激光束作用在待处理工件上，使得待处理工件表面形成熔池，然后通过使粉末状喷射物以液滴形式进入熔池与待处理工件结合，结合强度高，不易剥落。

发明内容

本公开目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统及方法；该系统将高频感应加热和等离子熔覆技术相结合，大大提高了等离子熔覆效率和熔覆层的性能。并且该装置适用范围广，操作方便，粉末的利用率高，操作的安全性也有所提高。

本公开的第一发明目的是提出一种复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，为实现上述目的，本公开采用下述技术方案：

一种复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，包括数控加工机床，数控加工机床设置工件夹持装置，工件夹持装置将工件夹持并带动其旋转；所述数控加工机床上设置移动工作台，等离子枪与移动工作台连接，由移动工作台带动等离子枪上下左右移动，等离子枪对应设置于工件上方，工件外周套设感应加热线圈，感应加热线圈与电源连接，电源与加热控制器连接。

作为进一步的技术方案，所述等离子枪底部设置喷头，其喷头距工件表面8～15mm。

作为进一步的技术方案，所述等离子枪与自动送粉器连接。

作为进一步的技术方案，所述感应加热线圈包括间隔设置的左移加热线圈和右移加热线圈，等离子枪设置于左移加热线圈和右移加热线圈之间。

作为进一步的技术方案，所述左移加热线圈、右移加热线圈均为圆环状。

作为进一步的技术方案，所述左移加热线圈、右移加热线圈与工件表面之间距离为2～8mm。

作为进一步的技术方案，所述左移加热线圈、右移加热线圈底部均设置连接头，连接头通过连接线与电源连接。

作为进一步的技术方案，所述左移加热线圈、右移加热线圈与等离子枪之间间隔设定距离。

本公开的第二发明目的提出如上所述的复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统的工作方法，包括以下步骤：

将工件固定夹持于工件夹持装置，由工件夹持装置带动工件转动；

移动工作台带动等离子枪上下移动至工件上方；

移动工作台带动等离子枪向左移动，控制左移加热线圈对工件进行加热，等离子枪将粉末喷于工件表面，在工件表面形成高硬度耐磨层；

移动工作台带动等离子枪向右移动，控制右移加热线圈对工件进行加热，等离子枪将粉末喷于工件表面，在工件表面形成高硬度耐磨层。

本公开的系统，将高频感应加热和等离子熔覆技术结合，高频感应加热有助于高速下等离子弧维持，实现等离子快速熔覆。熔覆耐磨层具有很高的硬度，与基体冶金结合，在冲击载荷下不会脱落。总体来说，本公开的有益效果为：

1.可在锈蚀及油污的金属零件表面不经清洗，直接等离子熔覆呈冶金结合的高耐磨耐蚀金属陶瓷涂层，不产生前处理污染，成本低、效率高；

2.合金层与加工工件基体之间为冶金结合，结合强度高，不脱落；

3.等离子熔覆层为厚度均匀的合金或金属陶瓷层，外观和内在质量更好；

4.加工机床操作环境好，安全系数高，劳动强度大幅度降低，且生产效率高，能耗低。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为一个实施例中公开的整体结构示意图；

图2为右移加热线圈的结构示意图；

图中，1-数控加工机床；2-连接头；3-移动工作台；4-等离子枪；5-喷头；6-旋转工作台；7-三爪卡盘；8-工件；9-机床底座；10-左移加热线圈；11-右移加热线圈；12-连接线；13-加热控制器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术存在不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统及方法。

本申请提供了一种复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，包括数控加工机床，数控加工机床设置工件夹持装置，工件夹持装置将工件夹持并带动其旋转；所述数控加工机床上设置移动工作台，等离子枪与移动工作台连接，由移动工作台带动等离子枪上下左右移动，等离子枪对应设置于工件上方，工件外周套设感应加热线圈，感应加热线圈与电源连接，电源与加热控制器连接。

实施例1

下面结合附图1-附图2对本实施例公开的等离子熔覆系统做进一步的说明；

参照附图1-图2所示，一种复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，包括等离子枪4、数控加工机床1、感应加热装置、加热控制器13。

数控加工机床1底部设置机床底座9，机床底座9上固定设置工件夹持装置，工件夹持装置将工件夹持并带动其旋转，可以安装和调试等待处理的工件；工件夹持装置包括旋转工作台6，旋转工作台6与三爪卡盘7固定连接，与三爪卡盘7相对侧还设置另一固定的三爪卡盘，工件8安装在两个三爪卡盘7之间，两三爪卡盘将工件8夹持住，并由旋转工作台6带动工件8转动，旋转工作台6和三爪卡盘7的转速可以调节，可以达到不同的熔覆效果。

工件被安装在三爪卡盘上，可以实现工件非常高的旋转速度，回转体工件表面的旋转线速度不低于10m/min。

数控加工机床1顶部设置移动工作台3，等离子枪与移动工作台连接，由移动工作台带动等离子枪上下左右移动，对工件进行加工；等离子枪4底部延伸至工件8表面上方。移动工作台可以采用三轴机架形式，可带动等离子枪移动即可，在此不再赘述。

工作时，等离子枪4底部设置喷头5，喷头5距离工件8表面8～15mm。

等离子枪与自动送粉器连接，等离子枪将自动送粉器送的粉在工件基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、反应、凝固，等离子束离开后自激冷却，在表面形成一层高硬度耐磨层，从而实现表面的强化与硬化，增强工件的耐磨性能。

等离子电源电流70-150A，电压30±5V；等离子气流量0.5～2.5L/min，保护气流量4～8L/min，机床主轴以横线速度旋转，线速度大于10m/min，等离子枪4轴向进给距离为0.1～1mm/转。熔覆所用粉末要求：粉末粒度区间15～40μm，球形度≥90％，含氧量≤150ppm，流动性≤20s/50g。

感应加热装置包括加热控制器13、左移加热线圈10、右移加热线圈11，左移加热线圈10、右移加热线圈11均套设于工件8外周，左移加热线圈10、右移加热线圈11为感应加热线圈，左移加热线圈10、右移加热线圈11分别通过连接线12与电源(图中未示出)连接，电源与加热控制器13连接。连接线采用电源线即可，在此不再赘述。

左移加热线圈10位于等离子枪4喷头左侧且与其间隔一定距离，右移加热线圈11位于等离子枪4喷头右侧且与其间隔一定距离。

如图2所示，左移加热线圈10、右移加热线圈11均为圆环状，能延长粉末预热的时间，使预热更充分，熔覆效果更好。

当工作时，左移加热线圈10、右移加热线圈11底部均设置连接头2，通过连接头2与连接线12连接，进而由加热控制器13控制其工作，对工件8待处理面进行加工。连接头采用能与电源线连接的接头即可，在此不再赘述。

通过连接头，也使得左移加热线圈10、右移加热线圈11可拆卸，便于更换，可以根据需要选用不同型号的感应加热线圈。

左移加热线圈10、右移加热线圈11与需处理工件8的待处理面之间的距离为2～8mm。

当等离子枪4向右加工时，右移加热线圈11工作，左移加热线圈10则不会工作；向左加工时，左移加热线圈10工作，右移加热线圈11则不会工作。

本公开的系统，将等离子熔覆和感应加热结合起来，其中高频感应加热有助于等离子熔覆后实现工件表面的强化与硬化，大幅度增强工件的耐磨性能。总体来说，该装置可在锈蚀及油污的金属零件表面不经清洗，直接等离子熔覆呈冶金结合的高耐磨耐蚀金属陶瓷涂层，不产生前处理污染，成本低、效率高，并且合金层与加工工件基体之间为冶金结合，结合强度高，不易脱落。

本公开还给出如上所述的复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统的工作方法，包括以下步骤：

将工件固定夹持于工件夹持装置，由工件夹持装置带动工件转动；

移动工作台带动等离子枪上下移动至工件上方；

移动工作台带动等离子枪向左移动，控制左移加热线圈对工件进行加热，右移加热线圈不工作，等离子枪将粉末喷于工件表面，在工件表面形成高硬度耐磨层；

移动工作台带动等离子枪向右移动，控制右移加热线圈对工件进行加热，左移加热线圈不工作，等离子枪将粉末喷于工件表面，在工件表面形成高硬度耐磨层。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，其特征是，包括数控加工机床，数控加工机床设置工件夹持装置，工件夹持装置将工件夹持并带动其旋转；所述数控加工机床上设置移动工作台，等离子枪与移动工作台连接，由移动工作台带动等离子枪上下左右移动，等离子枪对应设置于工件上方，工件外周套设感应加热线圈，感应加热线圈与电源连接，电源与加热控制器连接。

2.如权利要求1所述的复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，其特征是，所述等离子枪底部设置喷头，其喷头距工件表面8～15mm。

3.如权利要求1所述的复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，其特征是，所述等离子枪与自动送粉器连接。

4.如权利要求1所述的复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，其特征是，所述感应加热线圈包括间隔设置的左移加热线圈和右移加热线圈，等离子枪设置于左移加热线圈和右移加热线圈之间。

5.如权利要求4所述的复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，其特征是，所述左移加热线圈、右移加热线圈均为圆环状。

6.如权利要求4所述的复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，其特征是，所述左移加热线圈、右移加热线圈与工件表面之间距离为2～8mm。

7.如权利要求4所述的复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，其特征是，所述左移加热线圈、右移加热线圈底部均设置连接头，连接头通过连接线与电源连接。

8.如权利要求4所述的复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统，其特征是，所述左移加热线圈、右移加热线圈与等离子枪之间间隔设定距离。

9.如权利要求1-8任一项所述的复合感应加热的回转体工件高速等离子熔覆系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤：

将工件固定夹持于工件夹持装置，由工件夹持装置带动工件转动；

移动工作台带动等离子枪上下移动至工件上方；

移动工作台带动等离子枪向左移动，控制左移加热线圈对工件进行加热，等离子枪将粉末喷于工件表面，在工件表面形成高硬度耐磨层；

移动工作台带动等离子枪向右移动，控制右移加热线圈对工件进行加热，等离子枪将粉末喷于工件表面，在工件表面形成高硬度耐磨层。

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