CN112705714A - 用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其包括空心轴进料装置、半固态制备筒、传动装置、止料装置和分段感应加热装置，空心轴进料装置的输出端连接半固态制备筒的输入端，传动装置与半固态制备筒借助于螺栓固定连接，分段感应加热装置设置在半固态制备筒的外侧，止料装置放置在待修复钢板工件上，齿轮副分轴传动装置与多功能半固态浆料制备筒通过三螺母螺栓本体后拧紧第一螺母固定，分段感应加热装置与伺服电机底座支撑座连接，止料装置放置于待修复钢板工件上。其能实现金属粉末进料、半固态浆料搅拌、半固态浆料加速进给及半固态浆料出料多功能一体化，从而实现搅拌均匀充分。

Description

用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置

技术领域

本发明涉及一种用于增材修复技术的修复平面类受损表面的半固态浆料制备技术领域，具体涉及一种用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置。

背景技术

许多平面类工件表面在工作一段时间后，表面会出现裂纹、擦伤、磨损以及材料剥落现象。不及时修复会降低平面类工件的使用寿命。目前应用于平面类表面修复技术主要有减材修复技术和增材修复技术两大类；减材修复法的主要原理是采用切削和磨削等手段将受损平面类工件表层区域打磨掉，此方法虽然可以有效修复平面类受损工件，但多次采用减材修复法后会造成平面类工件达不到工作尺寸要求而导致彻底报废。本发明提出一种增材修复法，其基本原理是首先使用金属搅拌头将平面类工件表面上的氧化物及油污和灰尘等表面杂质去除，此时获得较为清洁的表面，接着利用止料装置的下表面与清洁表面之间的摩擦生热现象对清洁表面进行预热处理。接着表面缺陷破坏及覆层装置在受损的洁净表面上快速旋转，搅拌针嵌入受损表面后将表面及更深一层的材料搅拌起来，搅拌针经过的位置被划出许多道凹痕，表面上凹痕两侧呈现出形状不规则的屑状材料堆积，同时存储在出料口内凹空间内的具有一定压力的半固态浆料沿着搅拌针走过的路径流入凹痕并充满凹痕，同时与屑状材料堆积紧密融合在一起，随着表面缺陷破坏及覆层装置在受损表面快速旋转及移动，在受损表面上划出越来越多的凹痕同时也产生越来越多的屑状材料堆积，具有一定压力的半固态浆料将纵横交错的凹痕填满并与凸起在凹痕两侧的屑状材料堆积混合在一起，半固态浆料出料口内凹空间圆周上最低面将半固态浆料与屑状材料堆积的混合体压平在受损表面上，形成较为平整的合金覆层，此时已将受损表面损伤区域修复完毕，修复之后的受损表面已不存在表面缺陷。为了使修复好的表面具有更好的致密性、平整度、更高的强度和更好的硬度，接着采用多辊辊压装置对修复好的表面进行辊压，多辊辊压装置自身快速旋转并沿表面移动，可确保多辊辊压装置能够到辊压到表面上的每一处，辊压后的表面合金涂覆层具有致密性好、表面分布均匀、平整度高、表面组织细小、不存在宏观偏析、疲劳寿命更长、抗腐蚀防锈能力更好、强度高和硬度大等优点。不同于减材修复技术，增材修复技术可在不改变工件尺寸的情况下，无限次对受损平面表面缺陷进行修复，极大的解决了由零件报废产生的材料损耗问题。

接下来详细说明半固态浆料的制备技术，半固态浆料的制备方法主要有应变诱导法、机械搅拌法和电磁搅拌法。应变诱导法通过螺旋管对半固态浆料进行制备，依靠半固态浆料的重力向下流动，流动速度慢，制备效率低，依靠在螺旋管外对半固态浆料进行冷却，温度难以得到控制；电磁搅拌法对电源频率控制要求高，且耗电量大。目前制备半固态浆料的胚料加热方式仍然采用恒温式加热，难以对不同区域的胚料进行不同的温控。本发明采用机械搅拌法的原理来制备半固态浆料，其基本原理为，将混合好的金属粉末加入半固态浆料制备筒中，采用三段分段式感应加热线圈对金属粉末进行加热，分别控制三段不同感应加热线圈的功率和通电时长来控制不同区域金属粉末的加热温度，当金属粉末被加热到固液态共存的状态(存在树枝状初生固相)，采用三头机械搅拌头对树枝状初生固相进行强力搅拌，树枝状初生固相破碎而获得一种细小、球形、非枝晶初生相与液态金属共同组成的液固混合浆料。此方法制备出来的半固态浆料在整个半固态浆料制备筒内受热均匀，搅拌均匀，且不存在搅拌不到的死角区域，制备出来的半固态浆料球形晶分布均匀且粘度适中，流动性较好，不易在浆料中卷入气体。对半固态浆料进行保温，当需要使用半固态浆料时，采用螺旋加速进给装置对半固态浆料进行加速出料达到供料的目的。此制备方法具有制备效率高，出料平稳，无湍流，无飞溅等优点。

但是现有的决传统半固态浆料制备过程中存在着制备效率低、温度难以分段控制、搅拌不均匀及无法实现半固态浆料制备供料一体化等一系列问题。

发明内容

为了解决上述提到的现有技术的不足，发明了提出了一种用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，从而能够辅助一体化设备实现进料、加热、搅拌及供料进给一体化。本发明的半固态浆料制备及供料装置采用三段分别控制的感应加热线圈对不同状态的金属粉末进行加热控制。并且采用空心轴电机进料大大的提升的制备效率。螺旋杆和搅拌头相互配合可对半固态浆料制备过程进行上下圆周的均匀搅拌。

具体地，本发明提供一种基于金属粉末的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其包括驱动组件、伺服电机支撑组件、空心轴进料装置、半固态制备筒、传动装置、止料装置、供料进给组件和分段感应加热装置，

所述驱动组件包括机架、X轴进给组件、Y轴进给组件以及Z轴进给组件，X轴进给组件、Y轴进给组件以及Z轴进给组件分别设置在所述机架的X轴、Y轴以及Z轴上，所述伺服电机支撑组件设置在所述Z轴进给组件上，所述空心轴进料装置与所述伺服电机支撑组件连接；

所述空心轴进料装置的输出端连接所述半固态制备筒的输入端，所述传动装置与所述半固态制备筒借助于螺栓固定连接，所述分段感应加热装置设置在所述半固态制备筒的外侧，所述止料装置放置在所述待修复钢板工件上，

止料装置，所述齿轮副分轴传动装置与所述多功能半固态浆料制备筒通过所述三螺母螺栓本体后拧紧所述第一螺母固定，所述分段感应加热装置与所述伺服电机底座支撑座连接，所述止料装置放置于所述待修复钢板工件上，

所述空心轴进料装置包括进料口以及两个相串联的空心轴电机，两个相串联的空心轴电机包括第一空心轴电机和第二空心轴电机，所述进料口焊接在所述第一空心轴电机上，第二空心轴电机固定在第一空心轴电机的轴盘上，两个空心轴电机的进料口尺寸相同，第二空心轴电机安装在第一空心轴电机的轴盘上，第一空心轴电机的轴盘与行星齿轮副承载盘固定连接，第一空心轴电机旋转带动第二空心轴电机和半固态浆料制备装置一同旋转，第二空心轴电机进一步带动其轴上的中心齿轮旋转，从而带动行星齿轮副旋转，第二空心轴电机轴与第一空心轴电机轴的转速不同从而形成差速装置，行星齿轮副进一步带动搅拌装置及半固态浆料进给装置旋转，借助于两个相串联的空心轴电机将金属粉末从进料口输送到半固态制备筒内，在半固态制备筒内通过对金属粉末加热、搅拌和进给，完成半固态金属粉末的制备金供料；

所述半固态浆料制备筒包括半固态浆料搅拌叶、加速螺旋杆、半固态浆料制备筒本体、制备筒型腔以及供料口，半固态浆料制备筒本体的下部为筒状的圆柱形，半固态浆料制备筒本体的上部为用于连接的连接盘，制备筒型腔设置在圆柱形内部，所述半固态浆料搅拌叶与所述加速螺旋杆一体设置在制备筒型腔内部，所述半固态浆料搅拌叶位于所述加速螺旋杆的上部，所述半固态浆料搅拌叶的形状为与所述加速螺旋杆形状相配合的螺旋桨形状，所述半固态浆料搅拌叶和所述加速螺旋杆在所述传动装置的带动下旋转；所述止料装置设置在所述半固态浆料搅拌叶的出料口处，所述止料装置的凸起部分与所述出料口相匹配；

所述供料进给装置包括三个加速螺旋杆，所述加速螺旋杆上螺纹的螺距为渐变式，所述加速螺旋杆上的螺纹包括位于上部的第一螺纹和位于下部的第二螺纹，所述第一螺纹的螺距大于第二螺纹的螺距，当螺旋杆逆时针旋转时，半固态浆料具有一个向下加速的过程，从而使制备好的半固态浆料在螺旋杆底部加速冲出出料口；

金属粉末进入到半固态制备筒内，三个加速螺旋杆顺时针旋转，向金属粉末或半固态浆料施加一个向上的加速度，待半固态浆料搅拌叶顺时针旋转，对处于顶部的金属粉末或半固态浆料进行搅拌；

所述分段感应加热装置包括第一段感应加热线圈、第二段感应加热线圈、第三段感应加热线圈、控制器以及控制器旋钮，所述第一段感应加热线圈、第二段感应加热线圈和第三段感应加热线圈分别与所述控制器不同位置连接并分别受控于所述控制器，所述控制器旋钮设置在所述控制器上，所述第一段感应加热线圈、第二段感应加热线圈、第三段感应加热线圈非接触的设置在所述半固态制备筒的外部。

优选地，所述传动装置为齿轮副分轴传动装置，所述齿轮副分轴传动装置包括齿轮副承载盘、齿轮副承载盘连接孔、齿轮承载盘空心进料孔、齿轮副分轴传动轴孔、齿轮轴、止推轴肩、从动齿轮以及固定齿轮螺钉，所述齿轮副承载盘与所述半固态浆料制备筒通过所述三螺母螺栓本体与所述第一螺母拧紧固定，所述齿轮承载盘空心进料管焊接在所述齿轮副承载盘上，所述齿轮轴与所述止推轴肩一体设置，所述齿轮轴的所述止推轴肩以上部位穿过所述齿轮副分轴传动轴孔和所述从动齿轮并通过所述固定齿轮螺钉拧紧固定。

优选地，所述半固态浆料制备筒与所述齿轮副承载盘通过所述三螺母螺栓本体与所述第一螺母拧紧固定。

优选地，所述空心轴连续进料组件还包括第一空心轴电机轴、第二空心轴电机基座、第二空心轴电机基座连接内六角螺栓、第二空心轴电机轴端主动齿轮、第二空心轴电机轴、第一空心轴电机轴盘、第一空心轴电机轴盘双螺母螺栓连接孔以及三螺母螺栓，所述三螺母螺栓包括第一螺母、三螺母螺栓本体、第二螺母以及第三螺母，所述第一空心轴电机轴盘焊接在所述第一空心轴电机轴上，所述第二空心轴电机基座焊接在所述第二空心轴电机上，所述第二空心轴电机通过所述第二空心轴电机基座与所述第二空心轴电机基座连接内六角螺栓与所述第一空心轴电机轴盘连接，所述第二空心轴电机轴端主动齿轮焊接在所述第二空心轴电机轴上，所述三螺母螺栓通过所述第二螺母及所述第三螺母与所述第一空心轴电机轴盘连接。

优选地，所述第二空心轴电机轴端主动齿轮与所述从动齿轮均为渐开线齿轮，所述第二空心轴电机轴端主动齿轮与所述从动齿轮的模数与压力角相同，所述第二空心轴电机轴端主动齿轮旋转中心与所述从动齿轮的旋转中心之间的距离为所述第二空心轴电机轴端主动齿轮分度圆半径与所述从动齿轮分度圆半径之和。

优选地，所述齿轮承载盘空心进料管尺寸略大于所述第二空心轴电机轴外径尺寸。

优选地，所述固定齿轮螺钉穿过所述齿轮副分轴传动轴孔并与所述齿轮轴拧紧连接后，所述从动齿轮下平面与所述止推轴肩之间的距离比所述轮副承载盘的厚度略大。

优选地，所述半固态浆料搅拌叶的形状为螺旋桨形状，当所述齿轮轴带动所述加速螺旋杆和所述半固态浆料搅拌叶顺时针旋转，所述加速螺旋杆将浆料由下至上进行翻滚，所述半固态浆料搅拌叶将所述加速螺旋杆翻滚上来的浆料进行搅拌。

优选地，所述第一段感应加热线圈、所述第二段感应加热线圈以及所述第三段感应加热线圈的螺距和圈数相同，所述第一段感应加热线圈功率大于所述第二段感应加热线圈加热功率大于所述第三段感应加热线圈功率。

优选地，所述止料凸台凸起部分形状恰好与所述供料口的形状相配合，可防止在半固态浆料制备过程中金属粉末或半固态浆料泄露，三个所述加速螺旋杆均与所述供料口的三个出料孔一一对应，每个所述加速螺旋杆均设置在所述供料口的一个出料孔的正上方。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明使用了齿轮副分轴传动装置，实现了将同一电机轴的动力传递给不同的轴，各个轴之间的转速相同，方便均匀搅拌，并且可以实现空心轴进料过程又可同时进行半固态浆料搅拌过程，结构简单，便于拆装和维修。

(2)本发明使用了多功能半固态浆料制备筒，实现金属粉末进料、半固态浆料搅拌、半固态浆料加速进给及半固态浆料出料多功能一体化，从而实现搅拌均匀充分。

(3)本发明使用了分段感应加热装置，并且分别控制三段不同感应加热线圈对不同位置的半固态浆料进行加热，使半固态浆料受热均匀，感应加热线圈始终与半固态浆料制备筒相对位置保持不变。

附图说明

图1为本发明的整体各组件示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的X方向传动结构示意图；

图4为本发明的X方向传动承载示意图；

图5为本发明的Y方向传动结构示意图；

图6为本发明的Y方向传动承载示意图；

图7为本发明的Z方向传动结构示意图；

图8为本发明的空心轴进料结构示意图；

图9为本发明的双螺母螺栓结构示意图；

图10为本发明的齿轮副承载盘结构示意图；

图11为本发明的传动搅拌进给多功能杆结构示意图；

图12a为本发明的齿轮副承载盘与加速螺旋杆装配立体结构示意图；

图12b为本发明的齿轮副承载盘与加速螺旋杆装配侧面结构示意图；

图13为本发明的半固态浆料制备筒结构示意图；

图14为本发明的半固态浆料制备筒供料口结构示意图；

图15为本发明的多功能半固态浆料制备筒及差速分轴装配结构示意图；

图16为本发明的分段感应加热结构示意图；

图17为本发明的止料结构示意图。

主要附图标记：

X轴方向进给组件1，X轴步进电机101，X轴滚珠丝杠轴承102，X轴轴承座103，X轴滚珠丝杠104，X轴滑块导轨105，X轴导轨连接内六角螺栓106，X轴导轨支座螺栓107，X轴导轨支座108，X轴轴承座连接内六角螺栓109，X轴轨道滑块110，X轴丝杠滑块111，X轴承载板112，X轴轨道滑块连接内六角螺栓113，X轴丝杠滑块连接内六角螺栓114，X轴承载板孔115，Y轴方向进给组件2，Y轴步进电机201，Y轴滚珠丝杠轴承202，Y轴轴承座203，Y轴滚珠丝杠204，Y轴滑块导轨205，Y轴导轨连接内六角螺栓206，Y轴导轨支座207，Y轴导轨支座螺栓208，Y轴丝杠滑块209，Y轴丝杠滑块连接内六角螺栓孔210，Y轴轨道滑块211，Y轴轨道滑块连接内六角螺栓孔212，机床基体3，机床支座框架301，Z轴方向进给组件4，Z轴步进电机401，Z轴滚珠丝杠轴承402，Z轴轴承座403，Z轴滚珠丝杠404，Z轴滑块导轨405，Z轴导轨连接内六角螺栓406，Z轴导轨支座407，Z轴导轨支座螺栓408，Z轴轨道滑块409，滑块连接内六角螺栓410，Z轴丝杠滑块411，Z轴轨道滑块连接内六角螺栓孔412，Z轴丝杠滑块连接内六角螺栓孔413，伺服电机支撑组件5，伺服电机底座支撑座501，支撑座连接内六角螺栓502，连接支撑板503，伺服电机底座504，伺服电机底座连接内六角螺栓505，空心轴连续进料组件6，进料口601，第一空心轴电机602，第一空心轴电机轴60201，第二空心轴电机603，第二空心轴电机基座60301，第二空心轴电机基座连接内六角螺栓60302，第二空心轴电机轴端主动齿轮60303，第二空心轴电机轴60304，第一空心轴电机轴盘604，第一空心轴电机轴盘三螺母螺栓连接孔60401，三螺母螺栓605，第一螺母60501，三螺母螺栓本体60502，第二螺母60503，第三螺母60504，半固态浆料制备及供料组件7，齿轮副分轴传动装置701，齿轮副承载盘70101，齿轮副承载盘连接孔70102，齿轮承载盘空心进料管70103，齿轮副分轴传动轴孔70104，齿轮轴70105，止推轴肩70106，从动齿轮70107，固定齿轮螺钉70108，多功能半固态浆料制备筒702，半固态浆料搅拌叶70201，加速螺旋杆70202，半固态浆料制备筒70203，制备筒三螺母螺栓连接孔70204，制备筒型腔70205，供料口70206，分段感应加热装置703，第一段感应加热线圈70301，第二段感应加热线圈70302，第三段感应加热线圈70303，控制器70304，固定螺栓70305，控制器旋钮70306，止料装置704，止料凸台70401，止料座70402，待修复钢板工件装夹组件8，夹块801，夹具顶杆止推孔802，夹具拧紧顶杆803，夹具底座804，旋转杆805，待修复钢板工件806，夹具底座连接板807，Y方向轨道滑块连接内六角螺栓808，Y方向丝杠滑块连接内六角螺栓809，夹具底座连接内六角螺栓孔810。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供了一种基于金属粉末的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，如图1所示，其包括X轴方向进给组件1、Y轴方向进给组件2、机床基体3、Z轴方向进给组件4、伺服电机支撑组件5、空心轴连续进料组件6、半固态浆料制备及供料组件7和待修复钢板工件装夹组件8。X轴方向进给组件1与机床基体3连接，Y轴方向进给组件2与X轴方向进给组件连接1，Z轴方向进给组件4与机床基体连接3，待修复钢板工件装夹组件8与Y轴方向进给组件连接2，伺服电机支撑组件5与Z轴方向进给组件连接4，空心轴连续进料组件6与伺服电机支撑组件连接5，半固态浆料制备及供料组件7与空心轴连续进料组件6连接，通过各个组件之间的配合，可以集半固态浆料的进料、半固态浆料制备、半固态浆料供料及空间运动等多功能于一体化。

X轴方向进给组件1，如图2-图4所示，其包括X轴步进电机101、X轴滚珠丝杠轴承102、X轴轴承座103、X轴滚珠丝杠104、X轴滑块导轨105、X轴导轨连接内六角螺栓106、X轴导轨支座螺栓107、X轴导轨支座108、X轴轴承座连接内六角螺栓109、X轴轨道滑块110、X轴丝杠滑块111、X轴承载板112、X轴轨道滑块连接内六角螺栓113、X轴丝杠滑块连接内六角螺栓114、以及X轴承载板孔115，X轴步进电机101与X轴滚珠丝杠104连接，X轴滚珠丝杠104与X轴滚珠丝杠轴承102连接，X轴滚珠丝杠轴承102与X轴轴承座103相连接，X轴轴承座103通过X轴轴承座连接内六角螺栓109固定在X轴导轨支座108上，X轴滑块导轨105通过X轴导轨连接内六角螺栓106连接在X轴导轨支座108上，X轴导轨支座108通过X轴导轨支座螺栓107与机床支座框架301连接，X轴轨道滑块110安装在X轴滑块导轨105上，X轴丝杠滑块111安装在X轴滚珠丝杠104上，X轴承载板112通过X轴轨道滑块连接内六角螺栓113和X轴丝杠滑块连接内六角螺栓114分别固定在X轴轨道滑块110和X轴丝杠滑块111上，可带动Y轴方向进给组件2和待修复钢板工件装夹组件8沿X轴方向运动。

Y轴方向进给组件2，如图2和图5所示，其包括Y轴步进电机201、Y轴滚珠丝杠轴承202、Y轴轴承座203、Y轴滚珠丝杠204、Y轴滑块导轨205、Y轴导轨连接内六角螺栓206、Y轴导轨支座207、Y轴导轨支座螺栓208、Y轴丝杠滑块209、Y轴丝杠滑块连接内六角螺栓孔210、Y轴轨道滑块211以及Y轴轨道滑块连接内六角螺栓孔212，Y轴步进电机201与Y轴滚珠丝杠204连接，Y轴滚珠丝杠204与Y轴滚珠丝杠轴承202连接，Y轴滚珠丝杠轴承202与Y轴轴承座203连接，Y轴轴承座203与Y轴导轨支座207连接，Y轴滑块导轨205通过Y轴导轨连接内六角螺栓206与Y轴导轨支座207连接，Y轴导轨支座207通过Y轴导轨支座螺栓208与X轴承载板112连接，Y轴丝杠滑块209装在Y轴滚珠丝杠204上，Y轴轨道滑块211装在Y轴滑块导轨205上，可带动待修复钢板工件装夹组件8沿Y轴方向运动。

如图2和图7所示，Z轴方向进给组件4，其包括Z轴步进电机401、Z轴滚珠丝杠轴承402、Z轴轴承座403、Z轴滚珠丝杠404、Z轴滑块导轨405、Z轴导轨连接内六角螺栓406、Z轴导轨支座407、Z轴导轨支座螺栓408、Z轴轨道滑块409、滑块连接内六角螺栓410、Z轴丝杠滑块411、Z轴轨道滑块连接内六角螺栓孔412、以及Z轴丝杠滑块连接内六角螺栓孔413，Z轴步进电机401与Z轴滚珠丝杠404连接，Z轴滚珠丝杠404与Z轴滚珠丝杠轴承402连接，Z轴滚珠丝杠轴承402与Z轴轴承座403连接，Z轴滑块导轨405通过Z轴导轨连接内六角螺栓406与Z轴导轨支座407连接，Z轴导轨支座407通过Z轴导轨支座螺栓408与机床支座框架301连接，Z轴轨道滑块409装在Z轴滑块导轨405上，Z轴丝杠滑块411装在Z轴滚珠丝杠404上，可带动伺服电机支撑组件5、空心轴连续进料组件6及半固态浆料制备及供料组件7沿Z轴方向运动。

伺服电机支撑组件5，如图2所示，其包括伺服电机底座支撑座501、支撑座连接内六角螺栓502、连接支撑板503、伺服电机底座504、以及伺服电机底座连接内六角螺栓505，伺服电机底座支撑座501通过支撑座连接内六角螺栓502与连接支撑板503连接，连接支撑板503通过滑块连接内六角螺栓410固定在Z轴轨道滑块409上，伺服电机底座504通过伺服电机底座连接内六角螺栓505与伺服电机底座支撑座501连接。

空心轴连续进料组件6，如图2所示，其包括进料口601、第一空心轴电机602、第二空心轴电机603、第一空心轴电机轴盘604、以及三螺母螺栓605，所述进料口601的形状为平底锥形且与第一空心轴电机轴60201贯通，所述第一空心轴电机轴盘604的中心孔与进料孔大小相同且四周带有四个连接孔，如图15所示，第一空心轴电机轴60201，其形状为空心的且贯穿于第一空心轴电机，第二空心轴电机轴60304，其形状为空心的且贯穿于第二空心轴电机，如图8所示，第二空心轴电机基座60301，其中心孔与第一空心轴电机轴和第二空心轴电机轴的尺寸一致，第二空心轴电机基座连接内六角螺栓60302，第二空心轴电机轴端主动齿轮60303，其为标准的渐开线齿轮，第一空心轴电机轴盘三螺母螺栓连接孔60401，如图9所示，第一螺母60501，三螺母螺栓本体60502，第二螺母60503，第三螺母60504，进料口601焊接在第一空心轴电机602上并与第一空心轴电机602的空心轴贯通，第一空心轴电机轴盘604焊接在第一空心轴电机轴60201上，第二空心轴电机基座60301焊接在第二空心轴电机603上，第二空心轴电机603通过第二空心轴电机基座60301与第二空心轴电机基座连接内六角螺栓60302与第一空心轴电机轴盘604连接，第二空心轴电机轴端主动齿轮60303焊接在第二空心轴电机轴60304上，三螺母螺栓605通过第二螺母60503与第三螺母60504与第一空心轴电机轴盘604连接。

半固态浆料制备及供料组件7，如图2所示，其包括齿轮副分轴传动装置701、多功能半固态浆料制备筒702、分段感应加热装置703以及止料装置704，如图10所示，齿轮副承载盘70101，其中心孔尺寸略大于齿轮承载盘空心进料管尺寸且分别带有用于连接齿轮轴70105和三螺母螺栓605的连接孔，齿轮副承载盘连接孔70102，齿轮承载盘空心进料管70103，齿轮副分轴传动轴孔70104，如图11所示，齿轮轴70105，止推轴肩70106，其直径大于齿轮副分轴传动轴孔70104直径，从动齿轮70107，其为标准渐开线齿轮，固定齿轮螺钉70108，半固态浆料搅拌叶70201，其形状为螺旋桨形状，加速螺旋杆70202的螺旋凹槽体积沿着螺旋线的方向由上至下逐渐变小。

图12a和图12b为齿轮副承载盘70101和加速螺旋杆70202装配的结构示意图，本实施例中，加速螺旋杆70202设置有3根，半固态浆料搅拌叶70201设置在加速螺旋杆70202的上部。如图13所示，半固态浆料制备筒70203，其下方筒状的圆柱形，上方为用于连接的连接盘，制备筒三螺母螺栓连接孔70204，制备筒型腔70205，如图14所示，供料口70206，如图16所示，第一段感应加热线圈70301，第二段感应加热线圈70302，第三段感应加热线圈70303，三段感应加热线圈的螺距和圈数相同，控制器70304，其可分别控制三段线圈的功率大小，固定螺栓70305，控制器旋钮70306，如图17所示，止料凸台70401，其形状与供料口70206的形状完全一致，止料座70402为圆柱形，齿轮副分轴传动装置701与多功能半固态浆料制备筒702通过三螺母螺栓本体60502后拧紧第一螺母60501固定，分段感应加热装置703的控制器70304通过固定螺栓70305与伺服电机底座支撑座501拧紧在一起，止料装置704放置于待修复钢板工件806上，齿轮副承载盘70101与半固态浆料制备筒70203通过三螺母螺栓本体60502与第一螺母60501拧紧固定，齿轮承载盘空心进料管70103焊接在齿轮副承载盘70101上，止推轴肩70106为加工在齿轮轴70105时加工的，齿轮轴的止推轴肩70106以上部位穿过齿轮副分轴传动轴孔70104和从动齿轮70107并通过固定齿轮螺钉70108拧紧固定，半固态浆料搅拌叶70201与加速螺旋杆70202都位于齿轮轴70105上，半固态浆料制备筒70203与齿轮副承载盘70101通过三螺母螺栓本体60502与第一螺母60501拧紧固定，第一段感应加热线圈70301、第二段感应加热线圈70302和第三段感应加热线圈70303分别与控制器70304的不同位置连接。

如图2所示，待修复钢板工件装夹组件8包括夹块801，其两侧形状为1/4的圆柱形，与平板工件的侧面可紧密贴合。夹具顶杆止推孔802尺寸比夹具拧紧顶杆803的断面尺寸略大，夹具拧紧顶杆803圆周上带有螺纹，夹具底座804内置螺纹孔与夹具拧紧顶杆803的螺纹刚好配合，旋转杆805伸出待修复钢板工件装夹组件8侧面，待修复钢板工件806通过夹块801进行固定。如图6所示，夹具底座连接板807的Y方向轨道滑块连接内六角螺栓808和内六角螺栓809，夹具底座连接内六角螺栓孔810，夹具拧紧顶杆803通过带有内螺纹的夹具底座804，一端放在夹具顶杆止推孔802内，另一端与旋转杆805连接，待修复钢板工件806放在夹具底座804上，夹具底座的凸起部分与夹块801相配合将待修复钢板工件806夹紧，夹具底座804与夹具底座连接板807连接。

以下结合实施例对本发明一种基于金属粉末的用于表面修复一体化的半固态浆料制备及供料装置做进一步描述：

本实验装置具有针对半固态浆料制备和供料两个主要用途，具体操作步骤如下：

1.半固态浆料制备过程的主要操作步骤：

首先，将待修复钢板工件806装在待修复钢板工件装夹组件8上，通过拧紧旋转杆805将待修复钢板工件806夹在待修复钢板工件装夹组件8上；将止料装置704放在待修复钢板工件806上，分别控制X轴方向进给组件1、Y轴方向进给组件2、Z轴方向进给组件4并通过手动移动止料装置704将半固态浆料制备及供料组件7的供料口70206对准并压在止料装置704上。

启动分段感应加热装置703，通过控制控制器旋钮70306分别对三段感应加热线圈进行控制，由于先进入半固态浆料制备筒70203的金属粉末的加热时间要比后进入半固态浆料制备筒70203的金属粉末的加热时间长，因此要求第一段感应加热线圈70301的功率大于第二段感应加热线圈70302的功率大于第三段感应加热线圈70303的功率，并要求控制功率使半固态浆料制备筒70203中的温度不得高于半固态浆料制备温度。

将金属粉末加入到进料口601，金属粉末通过第一空心轴电机轴60201、第二空心轴电机轴60304和齿轮承载盘空心进料管70103进入到半固态浆料制备筒70203中，随着分段感应加热装置703的加热作用，处于半固态浆料制备筒70203外侧的金属粉末先熔融，处于半固态浆料制备筒70203中心位置处的金属粉末未融化或未完全融化，熔融状态从外侧向内测逐渐扩散，但此时的效率过低。

启动第二空心轴电机603，此时要求第二空心轴电机603逆时针旋转，第二空心轴电机轴端主动齿轮60303逆时针旋转带动从动齿轮70107顺时针旋转，从动齿轮70107顺时针旋转带动齿轮轴70105、半固态浆料搅拌叶70201和加速螺旋杆70202顺时针旋转，加速螺旋杆70202顺时针旋转将处于螺旋杆螺旋凹槽的金属粉末或半固态熔融合金由下至上运动，此时处于加速螺旋杆70202上方的半固态浆料搅拌叶70201对加速螺旋杆70202搅拌上来的金属粉末或半固态熔融合金进行圆周向搅拌，上下搅拌和圆周搅拌相互配合使得半固态浆料制备筒70203中的金属粉末能够快速且均匀的处于熔融状态，在半固态浆料搅拌叶70201和加速螺旋杆70202的共同搅拌作用下，将合金内的枝晶状破坏成球形晶，最终获得具有一定固相分数的半固态浆料。

2.半固态浆料供料过程的主要操作步骤：

通过控制Z轴方向进给组件4将半固态浆料制备及供料组件7沿Z轴方向抬起，并通过手持长金属棒将止料装置704移出待修复钢板工件806之外，随后，立即控制Z轴方向进给组件4将半固态浆料制备及供料组件7沿Z轴方向下压到待修复钢板工件806上，使其具有一定的下压力。

关闭第二空心轴电机603，待半固态浆料搅拌叶70201和加速螺旋杆70202都停止转动时，启动第二空心轴电机603，此时要求第二空心轴电机603顺时针旋转，第二空心轴电机轴端主动齿轮60303顺时针旋转带动从动齿轮70107逆时针旋转，从动齿轮70107逆时针旋转带动齿轮轴70105、半固态浆料搅拌叶70201和加速螺旋杆70202逆时针旋转，加速螺旋杆70202逆时针旋转带动将处于螺旋杆螺旋凹槽的半固态浆料由上而下运动，由于螺旋杆螺旋凹槽的体积沿着螺旋线由上至下方向逐渐减小，螺旋凹槽大体积处的半固态浆料被挤到螺旋凹槽小体积处，在这个过程中，由于体积守恒，处于下方螺旋凹槽小体积处的半固态浆料被加速，处于加速螺旋杆70202对底部的半固态浆料具有一定的速度，此处的半固态浆料可以应用此速度冲出供料口70206，在半固态浆料制备筒70203底部的供料口70206处有一个凹面的弧度区域，此区域可以在半固态浆料制备筒70203压紧在待修复钢板工件806上时储存一定容量的半固态浆料，凹面的弧度区域的四周为一个带有弧度过渡的平面区域，此平面区域可使半固态浆料均匀平铺在待修复钢板工件806上。

启动第一空心轴电机，并同时对X轴方向进给组件1和Y轴方向进给组件2进行控制，使半固态浆料制备及供料组件7能够到达待修复钢板工件806上的每一个位置。此装置可以用于给平面钢板渡金属层，强化表面特性。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其特征在于：其包括驱动组件、伺服电机支撑组件、空心轴进料装置、半固态制备筒、传动装置、止料装置、供料进给组件和分段感应加热装置，

所述驱动组件包括机架、X轴进给组件、Y轴进给组件以及Z轴进给组件，X轴进给组件、Y轴进给组件以及Z轴进给组件分别设置在所述机架的X轴、Y轴以及Z轴上，所述伺服电机支撑组件设置在所述Z轴进给组件上，所述空心轴进料装置与所述伺服电机支撑组件连接；

所述空心轴进料装置的输出端连接所述半固态制备筒的输入端，所述传动装置与所述半固态制备筒借助于螺栓固定连接，所述分段感应加热装置设置在所述半固态制备筒的外侧，所述止料装置放置在所述待修复钢板工件上，

所述齿轮副分轴传动装置与所述多功能半固态浆料制备筒通过所述三螺母螺栓本体后拧紧所述第一螺母固定，所述分段感应加热装置与所述伺服电机底座支撑座连接，所述止料装置放置于所述待修复钢板工件上，

所述空心轴进料装置包括进料口以及两个相串联的空心轴电机，两个相串联的空心轴电机包括第一空心轴电机和第二空心轴电机，所述进料口焊接在所述第一空心轴电机上，第二空心轴电机固定在第一空心轴电机的轴盘上，两个空心轴电机的进料口尺寸相同，第二空心轴电机安装在第一空心轴电机的轴盘上，第一空心轴电机的轴盘与行星齿轮副承载盘固定连接，第一空心轴电机旋转带动第二空心轴电机和半固态浆料制备装置一同旋转，第二空心轴电机进一步带动其轴上的中心齿轮旋转，从而带动行星齿轮副旋转，第二空心轴电机轴与第一空心轴电机轴的转速不同从而形成差速装置，行星齿轮副进一步带动搅拌装置及半固态浆料进给装置旋转，借助于两个相串联的空心轴电机将金属粉末从进料口输送到半固态制备筒内，在半固态制备筒内通过对金属粉末加热、搅拌和进给，完成半固态金属粉末的制备金供料；

所述半固态浆料制备筒包括半固态浆料搅拌叶、加速螺旋杆、半固态浆料制备筒本体、制备筒型腔以及供料口，半固态浆料制备筒本体的下部为筒状的圆柱形，半固态浆料制备筒本体的上部为用于连接的连接盘，制备筒型腔设置在圆柱形内部，所述半固态浆料搅拌叶与所述加速螺旋杆一体设置在制备筒型腔内部，所述半固态浆料搅拌叶位于所述加速螺旋杆的上部，所述半固态浆料搅拌叶的形状为与所述加速螺旋杆形状相配合的螺旋桨形状，所述半固态浆料搅拌叶和所述加速螺旋杆在所述传动装置的带动下旋转；所述止料装置设置在所述半固态浆料搅拌叶的出料口处，所述止料装置的凸起部分与所述出料口相匹配；

所述供料进给装置包括三个加速螺旋杆，所述加速螺旋杆上螺纹的螺距为渐变式，所述加速螺旋杆上的螺纹包括位于上部的第一螺纹和位于下部的第二螺纹，所述第一螺纹的螺距大于第二螺纹的螺距，当螺旋杆逆时针旋转时，半固态浆料具有一个向下加速的过程，从而使制备好的半固态浆料在螺旋杆底部加速冲出出料口；

金属粉末进入到半固态制备筒内，三个加速螺旋杆顺时针旋转，向金属粉末或半固态浆料施加一个向上的加速度，待半固态浆料搅拌叶顺时针旋转，对处于顶部的金属粉末或半固态浆料进行搅拌；

所述分段感应加热装置包括第一段感应加热线圈、第二段感应加热线圈、第三段感应加热线圈、控制器以及控制器旋钮，所述第一段感应加热线圈、第二段感应加热线圈和第三段感应加热线圈分别与所述控制器不同位置连接并分别受控于所述控制器，所述控制器旋钮设置在所述控制器上，所述第一段感应加热线圈、第二段感应加热线圈、第三段感应加热线圈非接触的设置在所述半固态制备筒的外部。

2.根据权利要求1所述的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其特征在于：所述传动装置为齿轮副分轴传动装置，所述齿轮副分轴传动装置包括齿轮副承载盘、齿轮副承载盘连接孔、齿轮承载盘空心进料孔、齿轮副分轴传动轴孔、齿轮轴、止推轴肩、从动齿轮以及固定齿轮螺钉，所述齿轮副承载盘与所述半固态浆料制备筒通过三螺母螺栓本体与所述第一螺母拧紧固定，所述齿轮承载盘空心进料管焊接在所述齿轮副承载盘上，所述齿轮轴与所述止推轴肩一体设置，所述齿轮轴的所述止推轴肩以上部位穿过所述齿轮副分轴传动轴孔和所述从动齿轮并通过所述固定齿轮螺钉拧紧固定。

3.根据权利要求1所述的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其特征在于：所述半固态浆料制备筒与所述齿轮副承载盘通过所述三螺母螺栓本体与所述第一螺母拧紧固定。

4.根据权利要求1所述的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其特征在于：所述空心轴连续进料组件还包括第一空心轴电机轴、第二空心轴电机基座、第二空心轴电机基座连接内六角螺栓、第二空心轴电机轴端主动齿轮、第二空心轴电机轴、第一空心轴电机轴盘、第一空心轴电机轴盘双螺母螺栓连接孔以及三螺母螺栓，所述三螺母螺栓包括第一螺母、三螺母螺栓本体、第二螺母以及第三螺母，所述第一空心轴电机轴盘焊接在所述第一空心轴电机轴上，所述第二空心轴电机基座焊接在所述第二空心轴电机上，所述第二空心轴电机通过所述第二空心轴电机基座与所述第二空心轴电机基座连接内六角螺栓与所述第一空心轴电机轴盘连接，所述第二空心轴电机轴端主动齿轮焊接在所述第二空心轴电机轴上，所述三螺母螺栓通过所述第二螺母及所述第三螺母与所述第一空心轴电机轴盘连接。

5.根据权利要求4所述的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其特征在于：所述第二空心轴电机轴端主动齿轮与所述从动齿轮均为渐开线齿轮，所述第二空心轴电机轴端主动齿轮与所述从动齿轮的模数与压力角相同，所述第二空心轴电机轴端主动齿轮旋转中心与所述从动齿轮的旋转中心之间的距离为所述第二空心轴电机轴端主动齿轮分度圆半径与所述从动齿轮分度圆半径之和。

6.根据权利要求1所述的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其特征在于：所述齿轮承载盘空心进料管尺寸略大于所述第二空心轴电机轴外径尺寸。

7.根据权利要求6所述的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其特征在于：所述固定齿轮螺钉穿过所述齿轮副分轴传动轴孔并与所述齿轮轴拧紧连接后，所述从动齿轮下平面与所述止推轴肩之间的距离比所述轮副承载盘的厚度略大。

8.根据权利要求1所述的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其特征在于：所述半固态浆料搅拌叶的形状为螺旋桨形状，当所述齿轮轴带动所述加速螺旋杆和所述半固态浆料搅拌叶顺时针旋转，所述加速螺旋杆将浆料由下至上进行翻滚，所述半固态浆料搅拌叶将所述加速螺旋杆翻滚上来的浆料进行搅拌。

9.根据权利要求1所述的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其特征在于：所述第一段感应加热线圈、所述第二段感应加热线圈以及所述第三段感应加热线圈的螺距和圈数相同，所述第一段感应加热线圈功率大于所述第二段感应加热线圈加热功率大于所述第三段感应加热线圈功率。

10.根据权利要求1所述的用于表面修复一体化设备的半固态浆料制备及供料装置，其特征在于：所述止料凸台凸起部分形状恰好与所述供料口的形状相配合，可防止在半固态浆料制备过程中金属粉末或半固态浆料泄露，三个所述加速螺旋杆均与所述供料口的三个出料孔一一对应，每个所述加速螺旋杆均设置在所述供料口的一个出料孔的正上方。

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