CN111270189A - 一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，装置由工件夹持机构、喷枪固定机构和喷枪的行走控制机构组成，工件固定机构通过轴类工件夹持和旋转机构固定，或通过片状工件固定和翻转机构固定，喷枪固定机构通过喷涂距离调整机构固定；喷枪的行走控制机构通过往复式行走的限位机构、电机驱动的喷枪左右行走机构以及气动控制的喷枪上下行走机构来实现。使用中央控制系统实现对各个机构的联动和调控，以保证热喷涂参数的可调控、可重复和稳定性。由于该装置集成了用于热喷涂的喷枪扫描路径以及工件的夹持、旋转的多套系统，能实现多系统的精确控制和相互联动配合，具有稳定高效地在异型工件表面高效稳定地制备特种功能涂层的能力。

Description

一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置
技术领域
本发明涉及再制造设备技术领域，尤其涉及一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置。
背景技术
表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需要表面性能的系统工程。工业现代化的发展对设备零部件表面性能的要求越来越高，特别是在高温、高压、高速、重载、强腐蚀介质等条件下，零部件材料的破坏往往自表面开始，例如磨损、腐蚀、氧化等。表面的局部损坏又往往造成整个零件失效，最终导致设备故障而停产。所有这些，都要求发展表面工程，以此改善材料的表面性能，从而有效地延长零部件乃至设备的使用寿命。此外，表面工程技术在设备的技术改造和维修方面的应用，还可以大大降低设备的全寿命周期费用。因而，国内外一些知名专家曾预言，表面工程将成为21世纪工业发展的关键技术之一。
热喷涂(Thermal Spraying)技术是表面工程的重要组成，是表面工程发展应用的重要基础。热喷涂技术是利用电弧、等离子电弧或燃烧火焰等热源将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层。利用热喷涂技术可以在金属、陶瓷、塑料等基体上制备金属、合金、金属氧化物、金属／陶瓷复合物、碳化物等复合材料的涂层，通过给工件提供功能化表面而实现对基体保护或者改性。
当前，热喷涂技术亟需解决的关键问题是明确热喷涂过程中喷涂粒子和热源的相互作用机制，改善热喷涂涂层性能和拓宽新型热喷涂技术的应用领域。而热喷涂过程中，所获得样品的最终性能受热喷涂参数（热输入和作用时间等）的显著影响，为保证热喷涂参数在合理范围内可调控、可重复、并具有一定的稳定性，亟需开发一套针对不同工件的夹持和喷枪行走的集成装置，以提高效率，减少误操作。因此，本发明开发出热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。
发明内容
针对现有热喷涂技术需要解决的关键问题，本发明提供了一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，能实现多种机构的精确控制和相互联动配合，具有稳定高效地在异型工件表面高效稳定地制备特种功能涂层的能力。
本发明的技术方案是：
一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，
所述装置由工件夹持机构、喷枪固定机构和喷枪的行走控制机构组成，
所述工件固定机构通过轴类工件夹持和旋转机构固定，或通过片状工件固定和翻转机构固定，
所述喷枪固定机构通过喷涂距离调整机构固定；
喷枪的行走控制机构通过往复式行走的限位机构、电机驱动的喷枪左右行走机构以及气动控制的喷枪上下行走机构来实现。
作为优选，所述工件夹持机构为可拆卸结构，可实现轴类、片状和异型工件等的互换夹持。
作为优选，所述装置还包括中央控制器，用于对工件夹持机构、喷枪固定机构和喷枪的行走控制机构联动和连续调节。
作为优选，所述装置中喷枪包括超音速火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂或电弧喷涂等喷枪。
作为优选，所述工件固定机构通过轴类工件夹持和旋转机构固定，其工作参数为轴类工件的旋转速度为100-1000r/min；喷枪左右移动速度为5-15m/s，喷枪与工件之间距离为100-300mm。
作为优选，所述工件固定机构通过片状工件固定和翻转机构固定，其工作参数为喷枪左右移动速度为10-80m/s；喷枪上下扫描速度20-150m/s，喷枪与工件之间距离100-300mm。
作为优选，所述装置所制备涂层厚度为0.1mm-5mm。
综上所述，采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
（1）该装置集成了热喷涂的喷枪扫描路径控制机构，各种工件的夹持和旋转等多种机构，实现了对上述多种机构的精确控制和相互联动配合，具有稳定高效地在异型工件表面高效地制备特种功能涂层的能力。
（2）该装置实现涂层厚度从0.1mm-5mm之间可调，且该装置结构简单、运行成本低，具有极大的社会和经济效益。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
实施例1：
某机械设备厂的轴类工件由于轴与轴承之间的相对运动容易导致轴类工件因磨损超差而失效，普通钢（HRC=45）材质的轴使用寿命极短，需采用硬质合金涂层技术进行表面的强化。利用本发明的设备进行硬质合金热喷涂处理，具体参数如下：
选用涂层材料为商业化的Ni60合金粉末，采用火焰喷涂技术制备涂层，喷涂参数为：助燃气和可燃气压力分别为0.6MPa和0.15MPa，流量分别为18L/min和5L/min，送粉量为80g/min，喷涂距离为120mm，基体预热温度为500℃。
涂层制备过程中轴类工件旋转速度为600r/min；喷枪左右移动速度为15m/min；重复扫描多次后获得涂层厚度为1mm，工件经抛光后投入使用。
经过检测，涂层硬度达到HRC=61，利用该装备制备的轴类工件返厂后，在同等使用条件下，使用寿命达到原来的1.8倍。
实施例2：
某钢厂的连铸结晶器铜板由于承受高温和钢水冲刷，普通铜板使用寿命极短，需采用硬质合金涂层技术进行表面的强化。利用本发明的设备进行硬质合金涂覆处理，具体参数如下：
选用涂层材料为商业化的WC-Co合金粉末，采用超音速火焰喷涂技术制备涂层，喷涂参数为：助燃气O2、燃气丙烷和压缩空气的压力分别为2MPa、0.5MPa和0.5MPa，流量分别为250slpm、80slpm、380slpm，送粉气N2流量为20slpm，粉末输送速率为50g/min，喷涂距离为150mm。
涂层制备过程中喷枪左右移动速度为40m/s；喷枪上下扫描速度100m/s；重复扫描多次后获得涂层厚度为0.5mm。
经过检测，涂层硬度达到HRC=75，利用该装备制备的铜板返厂后，在同等使用条件下，使用寿命达到原来的2倍。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，其特征在于：
所述装置由工件夹持机构、喷枪固定机构和喷枪的行走控制机构组成，
所述工件固定机构通过轴类工件夹持和旋转机构固定，或通过片状工件固定和翻转机构固定，
所述喷枪固定机构通过喷涂距离调整机构固定；
喷枪的行走控制机构通过往复式行走的限位机构、电机驱动的喷枪左右行走机构以及气动控制的喷枪上下行走机构来实现。
2.根据权利要求1所述的一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，其特征在于：所述工件夹持机构为可拆卸结构，可实现轴类、片状和异型工件等的互换夹持。
3.根据权利要求1所述的一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，其特征在于：所述装置还包括中央控制器，用于对工件夹持机构、喷枪固定机构和喷枪的行走控制机构联动和连续调节。
4.根据权利要求1所述的一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，其特征在于：所述装置中喷枪包括超音速火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂或电弧喷涂等喷枪。
5.根据权利要求1所述的一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，其特征在于：所述工件固定机构通过轴类工件夹持和旋转机构固定，其工作参数为轴类工件的旋转速度为100-1000r/min；喷枪左右移动速度为5-15m/s，喷枪与工件之间距离为100-300mm。
6.根据权利要求1所述的一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，其特征在于：所述工件固定机构通过片状工件固定和翻转机构固定，其工作参数为喷枪左右移动速度为10-80m/s；喷枪上下扫描速度20-150m/s，喷枪与工件之间距离100-300mm。
7.根据权利要求1所述的一种热喷涂过程中实现工件和喷枪联动的多功能装置，其特征在于：所述装置所制备涂层厚度为0.1mm-5mm。
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