CN112372232A - 一种阵列喷射修复模具的方法和装置 - Google Patents

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张晓华
周锐
赵鹏阳
陈鑫意
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects

Abstract

一种阵列喷射修复模具的方法和装置，通过应用金属材料的阵列喷射技术，辅以激光、三维坐标等仪器的精准定位，对失效模具破损部位实现精确定位修复。所述设备，由机器人手臂构成，关节处可以自由旋转。手臂末端安装有具有伸缩性的密封腔体，腔体中含有液态合金管道、真空管道及惰性气体输送管道，熔体管道连接盛装液态合金容器及喷头，用于对模具缺陷修复，修复过程在真空及惰性气体保护下进行，防止氧化，提高了模具的修复质量。与传统模具修复相比，本发明所述技术和装置可以实现对模具破损部位的精确定位修复，提高模具修复的精度和质量，为模具的现场修复提供一种高精度、高效率的有效途径。

Description

一种阵列喷射修复模具的方法和装置
技术领域
本发明属于模具修复领域
背景技术
模具一直是工业领域中重要的加工器具和方式，模具受损后的修复，通常采用下落式修复、焊接修复和激光熔敷修复等方式。下落式修复需要预先留有一定的加工余量，并且修复次数有限；焊接修复一般采用氩弧焊方式，修复效率较低，且修复质量依赖于工人的操作熟练程度和技术水平；激光熔敷修复，虽然具有热量少，变形小等优势，但其设备结构复杂，价格昂贵，并且不能实现模具的现场修复。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种阵列喷射模具修复方法，目的在于提供一种新型的模具修复方式，可以实现对模具破损部位的精确定位修复，提高模具修复的精度和质量，为模具的现场修复提供一种低成本、高精度、高效率的有效途径。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现。
所述设备，由机器人手臂构成，具有2-4个关节，每个关节采用铰接方式，可以在后台程序控制下自由移动、旋转，从而实现不同位置不同角度对模具的修复。
所述设备，配有固定的水平打印台，可以放置待修复模具。
所述设备放置台下设有轮子，可以快速实现对不同模具及模具的不同部位的修复的位置切换，增加效率。
所述设备，在机器人手臂后端，安装有可容纳液态合金的容器2-4个，可以盛装不同合金，该液态合金用于模具修复。容器外部配有加热元器件，用于加热、保温熔融合金。
所述设备，在前端安装有个喷头，每个喷头上具有大量喷嘴，后台程序可以控制每个喷嘴喷射的修复材料的种类，压力，速度和液滴的体积大小。
所述设备，喷头周边安装有密封型腔，型腔有不同尺寸，可以根据模具和缺陷的面积大小选择不同尺寸的型腔。型腔扣在模具上时，其尺寸小于模具尺寸，型腔扣在工作台或地面上时，型腔尺寸大于模具尺寸。
所述设备，配备真空泵，可以对密闭型腔进行抽真空处理。
所述设备，腔体连接惰性气体输送管道，可以保证合金液滴喷射时候，处以一种惰性气体保护性气氛之中。腔体最前端周边采用小尺寸的真空吸盘，一定的压力下可以与模具密封，形成密封空间。
一种基于阵列修复的模具修复方法，包括以下步骤：
1.把待修复模具放置在水平地面上或水平打印台上，打印台固定，并使模具待修复面朝上。实际使用时，所述水平打印台的上方设置有对待修复模具上存在的缺陷进行检测的三维激光扫描仪。
2.对失效模具进行清洁处理，去除表面油污和氧化层。
3.采用数字化测量设备，测量拟修复部位的精确形状、尺寸和位置。
4.在相关软件中对获取的模型数据进行修复和重建，或者利用CAD类软件重新建立模型，作为修复后的模具标准图。将修复前、后的两个模型进行对比，找出差异。
5.开启真空泵，对密封模腔抽真空，再通入惰性气体至一个标准大气压。
6.利用如图1所示的设备，进行喷射修复。
7.喷射修复完成后，根据需要，对喷射部位采用一些无损检测手段，检测合格后进行下一步骤，否则重新进行第一步骤。
8.对检测合格的修复，表面打磨，获取想要的表面粗糙度。
9.对修复部位，采用一定功率的激光进行扫描，进行强化，提高其使用性能。
本发明可以实现对模具破损部位的精确定位修复，提高模具修复的精度和质量，为模具的现场修复提供一种低成本、高精度、高效率的有效途径。
本发明与现有技术相比具有以下优点。
本发明所采用的阵列喷射模具修复方法设备是一种全新的模具修复方法，与传统修复方法相比自动化程度高，可实现现场修复。
本发明采用阵列喷射技术，实现了模具修复过程的全数字化和自动化，消除了人为因素对修复质量的影响，为精确修复提供了条件，保证了模具的修复质量。
本发明可完成模具的快速修复，特别适用于复杂模具的修复，在模具行业中具有很高的应用价值。
附图说明
图1为阵列喷射修复模具的总体结构示意图。
图2为阵列喷射修复模具型腔的结构示意图。
图中：1.可移动底座、2.手臂、3.节点、4.合金液体容器(B料筒)、5.合金液体容器(A料筒)、6.合金液体容器(C料筒)、7.喷头、8.型腔、9.惰性气体容器、10.真空吸盘、11.熔体管道、12.真空泵、13.惰性气体阀门
具体实施方式
实施例一
本实施例为45钢模具修复，模具尺寸500mm×500mm，模具表面50mm×20mm区域存在裂纹。
把具有缺陷的45钢模具Ⅰ放置在水平地面上，并使模具待修复面朝上。
修复前使用砂轮对失效模具Ⅰ待修复区进行打磨处理，去除表面油污和氧化层，再使用浓度75％乙醇溶液将模具表面清洗干净。
后台控制机械臂2移动激光扫描仪位置，使激光三维扫描仪对待修复模具，特别是该模具的失效区域进行三维测量，确定模具Ⅰ拟修复部位的精确形状、尺寸和位置，获得拟修复部位的三维UG模型。在UG中对获取的模型数据进行修复和重建，作为修复后的模具标准图。将修复前、后的两个模型进行对比，找出差异，以此作为后继阵列喷射修复的目标，并适当考虑一定的后处理加工余量。
把参数记录到后台程序，后台程序自动生成本次使用液态合金，A料筒5为熔融45钢，B料筒4为TiN，用料比例为A90％，B10％。
根据模具尺寸及缺陷尺寸，本实例取型腔尺寸为200mm×200mm，修复时型腔扣在模具上。
后台程序通过激光扫描得到的待修复部位的位置参数，调整机械臂2使喷头7对准模具缺陷，真空吸盘10扣在模具上并使其没有缝隙。
开启真空泵12将密闭腔体抽成0.5mbar真空度，达到标准后关闭真空泵12。
打开惰性气体阀门13，通入惰性气体通过惰性气源充入惰性气体至P1(P1＝1个标准大气压)，同时可使合金液滴喷射时，处以一种惰性气体保护性气氛之中，可使喷射误差最小化。
开启开关，后台控制机械臂2，分别使A料筒5、B料筒4连接的喷头对准模具缺陷，喷射熔融45钢及熔融TiN，对模具Ⅰ上的磨损区域进行修复。
喷射修复完成后，根据需要，对喷射部位采用X射线探伤检测，借以发现可能存在的内部缺陷，检测合格后进行下一步骤，否则重新进行第[0035]步骤。
对检测合格的模具，采用机械加工的方法把多余的修复体去除，砂轮进行表面打磨再使用丙酮清洗，使其表面粗糙度为Ra0.8。
对修复部位，采用红外探伤仪进行扫描，进行强化，提高其使用性能。
实施例二
本实施例采用与实施例1相同的方法对40CrMo模具修复，模具尺寸100mm×100mm，模具表面5mm×5mm区域存在凹陷。
把具有缺陷的40CrMo模具Ⅱ放置在水平打印台上，打印台固定，并使模具待修复面朝上。
修复前使用砂轮对失效模具待修复区进行打磨处理，去除表面油污和氧化层，再使用75％乙醇溶液将模具表面清洗干净。
后台控制机械臂2移动激光扫描仪位置，使激光三维扫描仪对待修复模具，特别是该模具的失效区域进行三维测量，确定拟修复部位的精确形状、尺寸和位置，获得失效模具的三维UG模型。在UG中对获取的模型数据进行修复和重建，作为修复后的模具标准图。将修复前、后的两个模型进行对比，找出差异，以此作为后继阵列喷射修复的目标，并适当考虑一定的后处理加工余量。
把参数记录到后台程序，后台程序自动生成本次使用液态合金，A料筒为熔融40CrMo，B料筒为SiC，C料筒为液氮，用料比例为A90％，B8％，C2％。
根据模具尺寸，本实例取型腔尺寸为50mm×50mm。
后台程序通过激光扫描得到的待修复部位的位置参数，调整机械臂2使喷头对准模具缺陷，吸盘扣在模具上并使其没有缝隙。
开启真空泵12将密闭腔体抽成0.5mbar真空度，达到标准后关闭真空泵。
打开惰性气体阀门13，通入惰性气体通过惰性气源充入惰性气体至P1(P1＝1个标准大气压)，同时可使合金液滴喷射时，处以一种惰性气体保护性气氛之中，可使喷射误差最小化。
开启开关，后台控制机械臂2，分别使A料筒5、B料筒4及C料筒7连接的喷头对准模具缺陷，喷射熔融40CrMo钢、熔融SiC及液氮，对待修复模具的成型面上的磨损区域进行修复。
喷射修复完成后，根据需要，对喷射部位采用X射线探伤检测手段，借以发现可能存在的内部缺陷，检测合格后进行下一步骤，否则重新进行第[0049]步骤。
对检测合格的模具，采用机械加工的方法把多余的修复体去除，砂轮进行表面打磨再使用丙酮清洗，使其表面粗糙度为Ra0.8。
对修复部位，采用红外探伤仪进行扫描，进行强化，提高其使用性能。

Claims (7)

1.一种基于阵列喷射的模具修复方法，其特征在于：阵列喷射模具修复装置是由密封型腔、合金液体容器、真空装置、惰性气体容器、机械骨架组成。修复模具前，先对密封模腔抽真空，再通入惰性气体至一个标准大气压。在惰性气体保护下，后台程序控制喷头向模具缺陷部分喷射液态合金，直至修复完成。
2.根据权利要求1所述的基于阵列喷射的模具修复方法，其特征在于：所述机械骨架，与型腔连接，可以在后台程序控制下自由移动、旋转，从而实现不同位置不同角度对模具的修复。
3.根据权利要求1所述的基于阵列喷射的模具修复方法，其特征在于：所述的密封型腔内含有液态合金管道、真空管道及惰性气体输送管道，分别与合金液体容器、真空装置、惰性气体容器相连，液态合金管道末端连接喷头。
4.根据权利要求1所述的基于阵列喷射的模具修复方法，其特征在于：所述液态合金容器有2-4个，可以盛装不同合金，容器外部配有加热元器件，用于加热、保温熔融合金。
5.根据权利要求1所述的基于阵列喷射的模具修复方法，其特征在于：所述喷头可在型腔中上下移动，适用于不同高度的待修复模具。
6.根据权利要求3所述的型腔，其特征在于：所述型腔有不同尺寸，可以根据模具和缺陷的面积大小选择不同尺寸的型腔。型腔扣在模具上时，其尺寸小于模具尺寸，型腔扣在工作台或地面上时，型腔尺寸大于模具尺寸。
7.根据权利要求3所述的型腔，其特征在于：所述型腔末端配有真空吸盘。
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