CN112719273B - 基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其包括机架、驱动组件、伺服电机支撑组件、进料组件、出料口结构、待修复钢板工件装夹组件、堵料及传动结构、表面氧化物去除装置、表面摩擦预热装置、表面缺陷破坏及覆层装置以及表面覆层辊压装置。此装置可实现受损表面的表面氧化层、油污及灰尘等杂质的去除、待处理表面的预热处理、表面材料的搅拌及缺陷的破坏、半固态浆料的覆层和表面覆层的辊压，经过此装置修复过的受损表面具有致密性好、表面材料分布均匀、平整度高、表面组织细小、不存在宏观偏析、疲劳寿命长、抗腐蚀防锈能力好、强度高和硬度大等优点。

Description

基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置

技术领域

本发明涉及一种基于增材修复技术的修复平面类受损表面的表面修复技术领域，特别涉及一种基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置。

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。

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。

由于减材修复技术在多次对表面进行修复后会造成表面材料去除过多而导致工件达不到尺寸要求而报废，造成材料极大的浪费，而类似于激光熔覆技术的表面修复技术只能在受损表面上均匀的熔覆一层熔融合金，而对于存在较为严重缺陷的受损表面，例如，凹坑、较深的划痕以及腐蚀较为严重的受损表面，对于此类受损较为严重的表面采用类似于激光熔覆的修复技术进行修复时，熔覆层较薄则难以达到平整度、致密度以及强度硬度的要求，熔覆层较厚则很可能导致表面类零件尺寸过大，达不到使用要求。

发明内容

为了解决上述提到的现有的减材修复技术不可多次进行修复和材料浪费等修复缺点以及激光熔覆类增材修复技术难以控制修复表面质量的缺点，本发明提供一种基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，此装置可实现受损表面的表面氧化层、油污及灰尘等杂质的去除、待处理表面的预热处理、表面材料的搅拌及缺陷的破坏、半固态浆料的覆层和表面覆层的辊压，经过此装置修复过的受损表面具有致密性好、表面材料分布均匀、平整度高、表面组织细小、不存在宏观偏析、疲劳寿命长、抗腐蚀防锈能力好、强度高和硬度大等优点。

具体地，本发明提供一种基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其包括机架、驱动组件、伺服电机支撑组件、进料组件、出料口结构、待修复钢板工件装夹组件、堵料及传动结构、表面氧化物去除装置、表面摩擦预热装置、表面缺陷破坏及覆层装置以及表面覆层辊压装置；所述进料组件包括空心轴进料装置、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轴方向进给组件、Y轴方向进给组件以及Z轴方向进给组件，X轴方向进给组件、Y轴方向进给组件以及Z轴方向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轴方向进给组件上，所述空心轴进料装置与所述伺服电机支撑组件连接，所述待修复钢板工件装夹组件设置在所述Y轴方向进给组件上，所述出料口结构设置在所述待修复钢板工件装夹组件上；

所述出料口结构包括三个形状和尺寸完全相同的出料口，三个出料口呈圆周式排列，每两个出料口之间的圆周角度均为120°，每个出料口的两个长圆弧边半径相等，随着圆周半径方向逐渐向外延伸，出料口的宽度逐渐减小，出料口的整个圆周底部设计为内凹型，中心区域为平面，出料口内凹面上设置有多个用于安装搅拌针的内螺纹孔，多个内螺纹孔均分布在出料口整个圆周的直径上并与出料口具有一定的距离，位于中心区域的内螺纹孔安装有用于破坏受损表面的搅拌针；

所述表面氧化物去除装置包括四段结构相同的排泄凹槽以及多个搅拌针，每一段排泄凹槽均具有一个短直边和一个长弧边，四段排泄凹槽在所述表面氧化物去除装置上表面的圆周上交叉设置，四段排泄凹槽的中心位置处设置有一个搅拌针，每一段排泄凹槽上分别设置有三个搅拌针，随着离中心位置的距离增加，搅拌针的尺寸逐渐减小；

所述表面摩擦预热装置的工作表面为具有一定粗糙度的平面，在表面氧化物去除装置将受损表面的氧化物去除后，表面摩擦预热装置在受损表面上高速旋转和移动，从而产生热量对受损工件表面进行预热；

表面缺陷破坏及覆层装置设置有多个，每一个表面缺陷破坏及覆层装置中包含有三个不同大小的搅拌针，三个搅拌针分别为中心搅拌针，第二搅拌针和第三搅拌针，中心搅拌针的尺寸大于第二搅拌针的尺寸，第二搅拌针的尺寸大于第三搅拌针的尺寸；

所述表面覆层辊压装置包括一个带有多个辊槽的辊子承载盘、内圈辊子单元和外圈辊子单元，所述内圈辊子单元和外圈辊子单元分别设置有三个，内圈辊子单元的三个内圈辊子的任意两个的滚轴的夹角以及外圈辊子单元的三个外圈辊子的任意两个的滚轴的夹角均为120度；每个外圈辊子的辊孔都位于两个内圈辊子辊孔的角平分线上；

所述的表面氧化物去除装置、表面摩擦预热装置和表面覆层辊压装置表面均设置有堵料及传动结构，堵料及传动结构的表面形状为外凸形，在上表面中心处为平面区域，此外凸形与平面区域组合的形状恰好与出料口的整个圆周底部内凹面相配合，堵料及传动结构的表面上有三个形状尺寸与出料口完全相同的凸起部分，三个凸起部分呈圆周式排列方式，每两个凸起部分之间的圆周角度都为120°，三个凸起部分的弯曲方向相同且与出料口的弯曲方向相同，在堵料及传动结构的表面上设置有多个用于存放搅拌针的圆柱孔，多个圆柱孔均与出料口具有一定的距离；

所述待修复钢板工件装夹组件包括夹块、夹具顶杆止推孔、夹具顶杆、夹具底座、旋转杆、待修复钢板工件以及夹具底座连接板，所述夹具拧紧顶杆穿过带有内螺纹的夹具底座，所述夹具拧紧顶杆的第一端放置在所述夹具顶杆止推孔内，所述夹具拧紧顶杆的第二端与所述旋转杆连接，所述待修复钢板工件放在所述夹具底座上，所述夹具底座的凸起部分与所述夹块相配合从而将所述待修复钢板工件夹紧，所述夹具底座与所述夹具底座连接板连接。

优选地，多个内螺纹孔包括中心内螺纹孔、第二内螺纹孔以及第三内螺纹孔，沿出料口圆周直径方向，中心内螺纹孔位于出料口圆周的中心位置，第二内螺纹孔与中心内螺纹孔沿圆周直径方向距离1/3倍的出料口圆周半径长度，第三内螺纹孔在第二内螺纹孔所在位置沿出料口圆周直径方向的相反方向上距离中心内螺纹孔2/3倍的出料口圆周半径长度处。

优选地，

多个圆柱孔包括中心圆柱孔、第二圆柱孔以及第三圆柱孔，沿堵料及传动结构的上表面圆周直径方向，中心圆柱孔位于堵料及传动结构的上表面圆周的中心位置，第二圆柱孔与中心圆柱孔沿圆周直径方向距离1/3倍的出料口圆周半径长度，第三圆柱孔在第二圆柱孔所在位置沿堵料及传动结构的下表面圆周直径方向的相反方向上距离中心内螺纹孔2/3倍的出料口圆周半径长度处，在三个圆柱孔所在的堵料及传动结构的下表面圆周直径方向与三个凸起部分之间的位置关系与三个内螺纹孔所在的出料口整个圆周的直径与三个出料口之间的位置关系相同，中心圆柱孔的尺寸略大于中心内螺纹孔尺寸，第二圆柱孔尺寸略大于大二内螺纹孔尺寸，第三圆柱孔尺寸略大于第三内螺纹孔尺寸。

优选地，同一排泄凹槽中每两个搅拌针之间的距离均为12mm，在4个排泄凹槽中的每一个排泄凹槽中离中心距离最近的搅拌针与中心搅拌针沿短直边方向的距离相差3mm。

优选地，内圈辊子和外圈辊子的辊孔的形状均为两边带有2个辊子轴孔，中间为带有四个角的半圆柱孔，安装时，将辊子放在辊孔中，将辊壳扣在辊孔的本体上，用螺钉将辊壳拧紧固定，此时，半个辊身暴露在辊壳外部用于辊压覆层后的表面。

优选地，所述搅拌针的下部分为圆柱凸台，圆柱凸台外表面设置有用于拧紧在内螺纹孔中固定的外螺纹，所述搅拌针的上部分为锥台，所述锥台的尖端用于破坏受损表面。

优选地，所述X轴方向进给组件包括X轴步进电机、X轴滚珠丝杠轴承、X轴轴承座、X轴滚珠丝杠、X轴滑块导轨、X轴导轨连接内六角螺栓、X轴导轨支座螺栓、X轴导轨支座、X轴轴承座连接内六角螺栓、X轴轨道滑块、X轴丝杠滑块、X轴承载板、X轴轨道滑块连接内六角螺栓、X轴丝杠滑块连接内六角螺栓以及X轴承载板孔，所述X轴步进电机与所述X轴滚珠丝杠连接，所述X轴滚珠丝杠与所述X轴滚珠丝杠轴承连接，所述X轴滚珠丝杠轴承与所述X轴轴承座相连接，所述X轴轴承座通过所述X轴轴承座固定在所述X轴导轨支座上，所述X轴滑块导轨通过所述X轴导轨安装在所述X轴导轨支座上，所述X轴导轨支座与机床支座框架连接，所述X轴轨道滑块安装在所述X轴滑块导轨上，所述X轴丝杠滑块安装在所述X轴滚珠丝杠上，所述X轴承载板通过所述X轴轨道滑块连接内六角螺栓和所述X轴丝杠滑块连接内六角螺栓分别固定在所述X轴轨道滑块和所述X轴丝杠滑块上。

优选地，所述Y轴方向进给组件，其包括Y轴步进电机、Y轴滚珠丝杠轴承、Y轴轴承座、Y轴滚珠丝杠、Y轴滑块导轨、Y轴导轨连接内六角螺栓、Y轴导轨支座、Y轴导轨支座螺栓、Y轴丝杠滑块、Y轴丝杠滑块连接内六角螺栓孔、Y轴轨道滑块以及Y轴轨道滑块连接内六角螺栓孔，所述Y轴步进电机与所述Y轴滚珠丝杠连接，所述Y轴滚珠丝杠与所述Y轴滚珠丝杠轴承连接，所述Y轴滚珠丝杠轴承与所述Y轴轴承座连接，所述Y轴轴承座与所述Y轴导轨支座连接，所述Y轴滑块导轨通过所述Y轴导轨连接内六角螺栓与所述Y轴导轨支座连接，所述Y轴导轨支座通过所述Y轴导轨支座螺栓与所述X轴承载板连接，所述Y轴丝杠滑块装在所述Y轴滚珠丝杠上，所述Y轴轨道滑块装在所述Y轴滑块导轨上。

优选地，所述Z轴方向进给组件，其包括Z轴步进电机、Z轴滚珠丝杠轴承、Z轴轴承座、Z轴滚珠丝杠、Z轴滑块导轨、Z轴导轨连接内六角螺栓、Z轴导轨支座、Z轴导轨支座螺栓、Z轴轨道滑块、滑块连接内六角螺栓、Z轴丝杠滑块、Z轴轨道滑块连接内六角螺栓孔以及Z轴丝杠滑块连接内六角螺栓孔，所述Z轴步进电机与所述Z轴滚珠丝杠连接，所述Z轴滚珠丝杠与所述Z轴滚珠丝杠轴承连接，所述Z轴滚珠丝杠轴承与所述Z轴轴承座连接，所述Z轴滑块导轨通过所述Z轴导轨连接内六角螺栓与所述Z轴导轨支座连接，所述Z轴导轨支座通过所述Z轴导轨支座螺栓与所述机床支座框架连接，所述Z轴轨道滑块装在所述Z轴滑块导轨上，所述Z轴丝杠滑块装在所述Z轴滚珠丝杠上。

优选地，所述伺服电机支撑组件包括伺服电机底座支撑座、支撑座连接内六角螺栓、连接支撑板、伺服电机底座和伺服电机底座连接内六角螺栓，所述伺服电机底座支撑座通过所述支撑座连接内六角螺栓与所述连接支撑板连接，所述连接支撑板通过所述滑块连接内六角螺栓固定在所述Z轴轨道滑块上，所述伺服电机底座通过所述伺服电机底座连接内六角螺栓与所述伺服电机底座支撑座连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的出料口结构既可以对半固态浆料进行出料，又可以带动所述表面氧化层去除装置、表面摩擦预热装置、表面缺陷破坏及覆层装置和表面覆层辊压装置对受损表面进行修；另外，出料口结构沿着出料口圆周半径方向上，出料口的宽度逐渐减小，可以达到出料口出料均匀的效果：出料口具有内凹空间，可存储具有一定压力的半固态浆料，且在出料口圆周上具有较为缓和的过渡平面，在其旋转及移动的过程中，可以将搅拌破坏起来的材料与半固态浆料的混合物压平在受损表面上；

(2)本发明的堵料及传动结构，其结构上表面与所述出料口之间的形状结构可以完全配合，应用此结构既可以将动力传递给表面氧化物去除装置、表面摩擦与热装置和表面覆层辊压装置，又可以阻止处于半固态浆料制备筒中的半固态浆料从供料口中流出；另外，其结构上表面具有放置搅拌针的凹槽孔，凹槽孔的尺寸略大于搅拌针的尺寸，防止在传动过程中搅拌针由于承受压力过大而损坏；

(3)本发明的表面缺陷破坏及覆层装置，在表面缺陷破坏及覆层装置旋转及水平运动过程中搅拌针的空间位置可以随着运动将受损表面的缺陷全部破坏掉；表面缺陷破坏及覆层装置的搅拌针尺寸不同，越处于中心位置搅拌针尺寸越大，越处于圆周位置，搅拌针尺寸越小，可以在破坏表面缺陷过程中有效的根据不同位置搅拌针处于工况的不同，选择合适尺寸的搅拌针，以提高搅拌针整体的使用寿命；另外，该结构可将破坏表面缺陷后的搅拌起来的材料以及凹痕与半固态浆料良好的融合起来，并在结合好后使用表面缺陷破坏及覆层装置圆周上的压平结构将受损表面压平；

(4)本发明的表面氧化物去除装置在其结构上表面为堵料及传动装置，既可以传递动力又可以阻止半固态浆料的流出；凹槽中设置尺寸不同的搅拌针，一方面保证搅拌针的强度，另一方面将受损表面上氧化物、油污以及灰尘等杂质去除；其下表面存在圆弧状的凹槽边缘结构，随着表面氧化物去除装置的旋转和移动，可将搅拌针去除掉的氧化物等杂质在着圆弧状的凹槽边缘结构的作用下甩出去，吹风机再将氧化物等杂质从受损表面上吹掉；

(5)本发明的表面摩擦预热装置，一方面在其结构上表面为堵料及传动装置，既可以传递动力又可以阻止半固态浆料的流出；另一方面，在将受损表面氧化物去除后，使用表面摩擦与热装置对表面进行预热，可为下一步的表面缺陷破坏及覆层过程做准备，方便将表面材料搅拌起来；

(6)本发明的表面覆层辊压装置，一方面，其在内圈上的辊子与其在外圈的辊子之间存在一小部分的重复部分，可保证在表面覆层辊压装置在工作时可以将已经覆层后的表面进行全方位辊压，不留辊压死角；另一方面，所有的辊子都通过辊子固定壳安装在辊槽中，安装、拆卸及更换辊子更加方便。

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为本发明的加速螺旋杆的结构示意图；

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为本发明的出料口结构示意图；

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；

图18为本发明的堵料及传动结构示意图；

图19为本发明的表面氧化物去除装置示意图之一；

图20为本发明的表面氧化物去除装置示意图之二；

图21为本发明的表面摩擦预热装置示意图；

图22为本发明的表面缺陷破坏及覆层装置示意图；

图23为本发明的表面覆层辊压装置示意图之一；

图24为本发明的表面覆层辊压装置示意图之二。

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，大空心轴电机602，大空心轴电机轴60201，小空心轴电机603，小空心轴电机基座60301，小空心轴电机基座连接内六角螺栓60302，小空心轴电机轴端主动齿轮60303，小空心轴电机轴60304，大空心轴电机轴盘604，大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，表面预处理及修复辊压一体装置9，出料口结构901，第一出料口90101，第二出料口90102，第三出料口90103，中心内螺纹孔90104，第二内螺纹孔90105，第三内螺纹孔90106，出料口内凹空间90107，堵料及传动结构902，第一堵料传动凸台90201，第二堵料传动凸台90202，第三堵料传动凸台90203，中心圆柱孔90204，第二圆柱孔90205，第三圆柱孔90206，表面氧化物去除装置903，排泄凹槽90301，内圈螺纹孔90302，中圈螺纹孔90303，外圈螺纹孔90304，中心螺纹孔90305，长弧排泄边90306，内圈搅拌针90307，中圈搅拌针90308，外圈搅拌针90309，中心搅拌针90310，表面摩擦预热装置904，粗糙表面90401，中心搅拌针90501，第一搅拌针90502，第二搅拌针90503，表面覆层辊压装置906，内圈辊槽90601，外圈辊槽90602，内圈棍子90603，外圈棍子90604，紧固螺钉90605，辊子承载盘90606，滚轴90607，辊壳90608，辊壳内圈辊孔90609，辊壳外圈辊孔90610，滚轴凹槽90611，螺钉拧紧内螺纹孔90612，废屑吹风机907。

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半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，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、表面氧化物去除装置、表面摩擦预热装置、表面缺陷破坏及覆层装置、表面覆层辊压装置、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1连接，Z轴方向进给组件4与机床基体3连接，待修复钢板工件装夹组件8与Y轴方向进给组件2连接，伺服电机支撑组件5与Z轴方向进给组件4连接，空心轴连续进料组件6与伺服电机支撑组件5连接，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。

Z轴方向进给组件4，如图2和图7所示，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，其包括形状为平底锥形且与大空心轴电机轴60201贯通的进料口601、大空心轴电机602、小空心轴电机603、中心孔与进料孔大小相同且四周带有四个连接孔的大空心轴电机轴盘604以及三螺母螺栓605，如图15所示，大空心轴电机轴60201，其形状为空心且贯穿于大空心轴电机602，小空心轴电机轴60304，其形状为空心且贯穿于小空心轴电机，如图8所示，小空心轴电机基座60301，其中心孔与大空心轴电机轴60201和小空心轴电机轴60304的尺寸一致，小空心轴电机基座连接内六角螺栓60302，小空心轴电机轴端主动齿轮60303，其为标准的渐开线齿轮，大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以及进料口601焊接在大空心轴电机602上并与大空心轴电机602的空心轴贯通，大空心轴电机轴盘604焊接在大空心轴电机轴60201上，小空心轴电机基座60301焊接在小空心轴电机603上，小空心轴电机603通过小空心轴电机基座60301与小空心轴电机基座连接内六角螺栓60302与大空心轴电机轴盘604连接，小空心轴电机轴端主动齿轮60303焊接在小空心轴电机轴60304上，三螺母螺栓605通过第二螺母60503与第三螺母60504与大空心轴电机轴盘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以及齿轮副分轴传动轴孔70104，如图11所示，齿轮轴70105和止推轴肩70106的直径大于齿轮副分轴传动轴孔70104直径，从动齿轮70107为标准渐开线齿轮，固定齿轮螺钉70108用于对齿轮进行固定，半固态浆料搅拌叶70201的形状为螺旋桨形状，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的下方筒状的圆柱形，上方为用于连接的连接盘，连接盘上设置有制备筒三螺母螺栓连接孔70204，制备筒型腔70205设置在内部。

供料口70206的结构如图14所示，如图16所示，分段感应加热装置703包括第一段感应加热线圈70301、第二段感应加热线圈70302以及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可分别控制三段线圈的功率大小，固定螺栓70305和控制器旋钮70306设置在控制器70304上。

如图17所示，止料凸台70401的形状与供料口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。

在本发明的实施例中，表面预处理及修复辊压一体装置9，包括出料口结构901、堵料及传动结构902、表面氧化物去除装置903、表面摩擦预热装置904、表面缺陷破坏及覆层装置905以及表面覆层辊压装置906，接下来分别说明以上6种不同结构中的形状、结构以及配合方式。

出料口结构901包括第一出料口90101、第二出料口90102以及第三出料口90103，如图14所示第一出料口90101、第二出料口90102以及第三出料口90103之间的分布关系为沿出料口圆周方向分布，每两个出料口之间的夹角都为120°，三个出料口的内侧短边都沿着中心圆周进行分布，外侧短边沿着出料口外侧圆周内边分布，沿着出料口圆周径向方向，出料口的宽度逐渐减小，三个出料口外侧都设置倒角，方便出料以及预防应力集中现象，中心内螺纹孔90104、第二内螺纹孔90105以及第三内螺纹孔90106分布在出料口圆周的径向方向，三个内螺纹孔与三个出料口之间没有交集且存在一定的距离，中心内螺纹孔90104位于出料口圆周中心处，第二内螺纹孔90105沿着三个内螺纹孔分布的径向方向与中心内螺纹孔90104之间相距出料口圆周半径的三分之一，第三内螺纹孔90106与中心内螺纹孔90104之间的距离为出料口圆周半径的三分之二，中心内螺纹孔90104直径尺寸大于第二内螺纹孔90105直径尺寸以及第三内螺纹孔90106直径尺寸，出料口内凹空间90107为在出料口901中加工出来的一个内凹空间，从出料口外侧圆周内边开始沿着出料口901径向方向一致延伸扩展至中心圆周边，中心圆周为出料口901中心处的一个平面圆。

表面氧化物去除装置、表面摩擦预热装置和表面覆层辊压装置上表面均设置为堵料及传动结构902，堵料及传动结构902的表面形状为外凸形，在上表面中心处为平面区域，此外凸形与平面区域组合的形状恰好与出料口的整个圆周底部内凹面相配合，堵料及传动结构的表面上有三个形状尺寸与出料口完全相同的凸起部分，三个凸起部分呈圆周式排列方式，每两个凸起部分之间的圆周角度都为120°，三个凸起部分的弯曲方向相同且与出料口的弯曲方向相同，在堵料及传动结构的表面上设置有多个用于存放搅拌针的圆柱孔，多个圆柱孔均与出料口具有一定的距离。如图18所示，三个凸起部分包括第一堵料传动凸台90201、第二堵料传动凸台90202以及第三堵料传动凸台90203，第一堵料传动凸台90201、第二堵料传动凸台90202以及第三堵料传动凸台90203的切向平面图与三个出料口的尺寸完全相同，三个凸台刚好能与三个出料口完全配合，可以止料以及传递动力。三个凸起部分的弯曲方向相同且与出料口的弯曲方向相同，在堵料及传动结构的表面上有三个用于存放搅拌针的圆柱孔，中心圆柱孔90204、第二圆柱孔90205以及第三圆柱孔90206在堵料及传动结构902中的布局与三个内螺纹孔在出料口上的布置完全相同，中心圆柱孔90204、第二圆柱孔90205以及第三圆柱孔90206的直径尺寸略大于中心内螺纹孔90104、第二内螺纹孔90105以及第三内螺纹孔90106的直径尺寸。

如图19所示，表面氧化物去除装置903包括4个排泄凹槽90301，4个排泄凹槽90301分布在表面氧化物去除装置903底部圆周上，每两个排泄凹槽903之间的夹角都为90°，每个排泄凹槽903都有一个短直边和一个长弧边，短直边设有倒角用于消除直角边应力集中现象，长弧排泄边90306比直角边的长度长，工作过程中，表面氧化物去除装置903由长弧边旋转到短直边，长弧边将去除的氧化物杂质沿着弧边甩出去，每个凹槽中都有1个内圈螺纹孔90302、一个中圈螺纹孔90303和一个外圈螺纹孔90304，每两个螺纹孔中心之间的距离为12mm，在内圈螺纹孔90302中，有4个尺寸相同的螺纹孔，但在内圈螺纹孔90302中，每两个相邻的螺纹孔分别与中心螺纹孔90305中心之间的距离相差3mm，内圈螺纹孔90302中每个螺纹孔的尺寸相同，中圈螺纹孔90303中每个螺纹孔的尺寸相同，外圈螺纹孔90304中每个螺纹孔的尺寸相同，中心螺纹孔90305与内圈螺纹孔90302尺寸相同，内圈螺纹孔90302中内螺纹孔的直径尺寸等于中心螺纹孔90305的直径尺寸，大于中圈螺纹孔90303中内螺纹孔的直径尺寸，大于外圈螺纹孔90304中内螺纹孔直径的尺寸，每个搅拌针都由1个圆柱台和一个锥台组成，圆柱台具有外螺纹用于拧紧每个凹槽中的内螺纹孔中固定，内圈搅拌针90307，中圈搅拌针90308，外圈搅拌针90309，中心搅拌针90310分别拧紧固定在内圈螺纹孔90302，中圈螺纹孔90303，外圈螺纹孔90304，中心螺纹孔90305中，内圈搅拌针90307高度，中圈搅拌针90308高度，外圈搅拌针90309高度，中心搅拌针90310高度相同，每个搅拌针露出表面氧化物去除装置903最底面的长度为1/3的搅拌针凸台长度。

在同一凹槽中每两个搅拌针之间的距离都为12mm，为了保证表面氧化物去除装置原地旋转一周后，所有的搅拌针走过的路径都不相同，在4个凹槽中的每一个凹槽中离中心距离最近的搅拌针与中心搅拌针沿短直边方向的距离相差3mm，由于搅拌针与圆周中心之间的距离越远，搅拌针的速度越大，由于搅拌针的尺寸越大，受力越大，搅拌针的速度越大，受力越大，为了保证搅拌针都能在其强度范围内工作，且保证搅拌针的尺寸种类不是很多，在每个凹槽中，离圆周中心距离越远的搅拌针的尺寸越小，在4个凹槽中，离圆周中心最远的4个搅拌针的尺寸相同且最小，每个凹槽中处于中间位置的搅拌针的尺寸相同且第二小，处于圆周中心处和距离圆周中心处最近的4个搅拌针的尺寸相同且最大，每个搅拌针都由1个圆柱台和一个锥台组成，圆柱台具有外螺纹用于拧紧每个凹槽中的内螺纹孔中固定，在正侧面观察表面氧化物去除装置，每个搅拌针的锥台露在最低平面外侧的长度比表面缺陷破坏及覆层装置中搅拌针露出最低平面的长度短，为搅拌针凸台结构长度的1/3，内圈搅拌针，中圈搅拌针，外圈搅拌针以及中心搅拌针的长度都相同，因为表面氧化物去除装置的主要作用是去除受损表面的氧化物，因此嵌入受损表面层的厚度很小，而表面缺陷破坏及覆层装置的主要作用是将受损表面的缺陷彻底破坏掉，因此嵌入表面层的厚度相对较厚。

如图21所示，表面摩擦预热装置904的下表面为一个具有一定粗糙度的粗糙表面90401，上表面为堵料及传动结构902。在表面氧化物去除装置将受损表面的氧化物去除后，应用表面缺陷破坏及覆层装置带动表面摩擦预热装置在受损表面上高速旋转和移动，由于表面摩擦预热装置与受损便面之间存在一定的压力，高速的旋转及移动带来巨大的摩擦力，摩擦产生大量的热，对受损工件表面起到一个预热的作用，为下一步的破坏受损表面的过程做出必要的准备。

如图22所示，表面缺陷破坏及覆层装置905包括三个搅拌针，中心搅拌针90501、第一搅拌针90502以及第二搅拌针90503，下部分为圆柱凸台，圆柱凸台外表面有外螺纹，用于拧紧在内螺纹孔中固定，上部分为锥台，锥台尖端用于破坏受损表面，非尖端与圆柱凸台为一体，在一个表面缺陷破坏及覆层装置中含有三个不同大小的搅拌针，分别为中心搅拌针90501、第二搅拌针90502和第三搅拌针90503，中心搅拌针90501的尺寸大于第二搅拌针90502的尺寸，第二搅拌针90502的尺寸大于第三搅拌针90503的尺寸。由于速度越大，搅拌针尺寸越大搅拌针受力越大，处于对搅拌针强度的考虑，第三搅拌针的尺寸应小于第二搅拌针的尺寸，第二搅拌针的尺寸应小于中搅拌针尺寸，中心搅拌针，第一搅拌针以及第二搅拌针的长度都相同，三个搅拌针凸台露出表面缺陷破坏及覆层装置最底面的长度为搅拌针凸台长度的2/3，将中心搅拌针拧紧固定在中心内螺纹孔中，将第二搅拌针拧紧固定在第二内螺纹孔中，将第三搅拌针拧紧固定在第三内螺纹孔中，工作时，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。

如图23-24所示，表面覆层辊压装置906包括内层辊和外层辊，表面覆层辊压装置906上表面设置有辊子承载盘90606，内圈辊槽90601与外圈辊槽90602的尺寸及形状都一致，辊槽中间的形状为半圆柱槽，半圆柱槽的4个角为外伸三角形形状，在辊槽的两端为小半圆柱型的凹槽，用于承载辊轴，在内圈有3个内圈辊槽，每两个内圈辊槽之间的夹角都为120°，在外圈有3个外圈辊槽，每两个外圈辊槽之间的夹角都为120°，内圈辊槽外圆柱边距离圆周中心的距离大于外圈辊槽内圆柱边距离圆周中心的距离，辊轴90607穿过内圈辊子90603与外圈辊子90604，并分别放置在内外辊槽中，将辊壳90608套在表面覆层辊压装置906的主体上并通过4个紧固螺钉90605与螺钉拧紧内螺纹孔90612的连接进行拧紧固定，辊壳90608上有辊壳内圈辊孔90609，辊壳外圈辊孔90610以及滚轴凹槽90611，这些孔与槽能够在不影响辊子旋转的情况下对内外圈辊子进行固定，完成表面覆层辊压装置906的安装。为了保证表面覆层辊压装置辊压过的区域具有完好的平整性，要求保证表面覆层辊压装置在原地旋转一周后，内测圆周辊子走过的路径要与外侧圆周辊子走过的路径重合一部分，因此，内测圆周上辊孔的半圆柱孔的最外边与圆周中心之间的距离要略大于外侧圆周上辊孔的半圆柱孔的最内边与圆周中心之间的距离，安装时，将辊子放在辊孔中，将辊壳扣在辊孔的本体上，用螺钉将辊壳拧紧固定，此时，半个辊身暴露在辊壳外部用于辊压覆层后的表面。

以下结合实施例对本发明一种基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置做进一步描述：

本实验装置具有针对半固态浆料制备、供料及修复三个主要用途，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，金属粉末通过大空心轴电机轴60201、小空心轴电机轴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。

启动小空心轴电机603，此时要求小空心轴电机603逆时针旋转，小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。

关闭小空心轴电机603，待半固态浆料搅拌叶70201和加速螺旋杆70202都停止转动时，启动小空心轴电机603，此时要求小空心轴电机603顺时针旋转，小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。

启动大空心轴电机，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。

3.受损表面预处理及修复辊压过程的主要操作步骤：

在未进行半固态浆料制备之前，通过调节X轴方向进给组件1、Y轴方向进给组件2与Z轴方向进给组件4将半固浆料制备筒的出料口通过堵料及传动结构902与表面氧化物去除装置903连接，并给表面氧化物去除装置903一个向下的压力，启动大空心轴电机602后，电机将动力传递给半固态浆料制备装置，半固态浆料制备装置将动力传递给表面氧化物去除装置，表面氧化物去除装置中的搅拌针凸台1/3长度嵌入受损表面氧化物、油污等杂质中，通过旋转将氧化物、油污等杂质剥离在排泄凹槽90301中，排泄凹槽90301中的长弧边通过旋转将氧化物、油污等杂质沿着圆弧边甩出去，吹风机907将受损表面上剥离掉的氧化物、油污等杂质从受损表面上吹走，达到受损表面氧化物去除的作用,去除表面氧化物、油污等杂质后，得到比较清洁干净的金属表面，关闭大空心轴电机602，通过控制X轴方向进给组件1、Y轴方向进给组件2以及Z轴方向进给组件4将半固态浆料制备筒抬起并将表面氧化物去除装置903取下，开始制备半固态浆料，待半固态浆料制备完成后，对半固态浆料进行保温并同时启动小空心轴电机，对半固态浆料进行搅拌并反向推动半固态浆料，放置浆料从出料口中流出，接着将表面摩擦预热装置904通过其上表面的堵料及传动结构902与半固态浆料制备筒的出料口连接通过控制X轴方向进给组件1、Y轴方向进给组件2以及Z轴方向进给组件4将表面摩擦预热装置904按压在受损表面上，并给受损表面一个向下的压力，启动大空心轴电机602，带动表面摩擦预热装置904在洁净表面上快速旋转，由于摩擦产热，洁净的受损表面将进行一次预热的过程，压力较大，速度较快，导致表面温度很高并沿着表面一直传导至表层深处，待预热完成后，关闭大空心轴电机602，通过控制Z轴方向进给组件4将表面摩擦预热装置904从半固态浆料制备筒出料口处分离出去，并迅速下压至受损表面上，反向启动小空心轴电机603并同时启动大空心轴电机602，控制X轴方向进给组件1与Y轴方向进给组件2使表面缺陷破坏及覆层装置905在受损表面上移动，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，反向启动小空心轴电机603并关闭大空心轴电机602，通过控制Z轴方向进给组件4将表面缺陷破坏及覆层装置905，并控制X轴方向进给组件1、Y轴方向进给组件2与Z轴方向进给组件4将表面覆层辊压装置906通过其上表面的堵料及传动结构902安装在半固态浆料制备筒的出料口上，控制Z轴方向进给组件4给表面覆层辊压装置906一定的压力，启动大空心轴电机602，并控制X轴方向进给组件1与Y轴方向进给组件2使表面覆层辊压装置906对表面合金覆层进行辊压，待辊压结束后，通过控制Z轴方向进给组件4将表面覆层辊压装置906从半固态浆料制备筒中分离出去，此时完成一次受损表面的修复工作。

通过以上步骤可将受损表面上的凹坑、麻点、表面划痕以及表面裂纹等损伤修复，采用高强度和高耐磨性的合金覆层对受损表面进行修复，通过辊压后可得到辊压后的表面具有致密性好、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，此装置的修复理念未增材修复理念，无论受损表面经过多少次修复都不会对导致受损表面工件报废，而且经过此方法修复过的表面时可通过合金粉末成分的变换来改变表面覆层的不同特性，具有一定的灵活性。

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)

1.一种基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其特征在于：其包括机架、驱动组件、伺服电机支撑组件、进料组件、出料口结构、待修复钢板工件装夹组件、堵料及传动结构、表面氧化物去除装置、表面摩擦预热装置、表面缺陷破坏及覆层装置以及表面覆层辊压装置；所述进料组件包括空心轴进料装置；

所述驱动组件包括X轴方向进给组件、Y轴方向进给组件以及Z轴方向进给组件，X轴方向进给组件、Y轴方向进给组件以及Z轴方向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轴方向进给组件上，所述空心轴进料装置与所述伺服电机支撑组件连接，所述待修复钢板工件装夹组件设置在所述Y轴方向进给组件上，所述出料口结构设置在所述待修复钢板工件装夹组件上；

所述出料口结构包括三个形状和尺寸完全相同的出料口，三个出料口呈圆周式排列，每两个出料口之间的圆周角度均为120°，每个出料口的两个长圆弧边半径相等，随着圆周半径方向逐渐向外延伸，出料口的宽度逐渐减小，出料口的整个圆周底部设计为内凹型，中心区域为平面，出料口内凹面上设置有多个用于安装搅拌针的内螺纹孔，多个内螺纹孔均分布在出料口整个圆周的直径上并与出料口具有一定的距离，位于中心区域的内螺纹孔安装有用于破坏受损表面的搅拌针；

所述表面氧化物去除装置包括四段结构相同的排泄凹槽以及多个搅拌针，

每一段排泄凹槽均具有一个短直边和一个长弧边，四段排泄凹槽在所述表面氧化物去除装置上表面的圆周上交叉设置，四段排泄凹槽的中心位置处设置有一个搅拌针，每一段排泄凹槽上分别设置有三个搅拌针，随着离中心位置的距离增加，搅拌针的尺寸逐渐减小；

所述表面摩擦预热装置的工作表面为具有一定粗糙度的平面，在表面氧化物去除装置将受损表面的氧化物去除后，表面摩擦预热装置在受损表面上高速旋转和移动，从而产生热量对受损工件表面进行预热；

表面缺陷破坏及覆层装置设置有多个，每一个表面缺陷破坏及覆层装置中包含有三个不同大小的搅拌针，三个搅拌针分别为中心搅拌针，第二搅拌针和第三搅拌针，中心搅拌针的尺寸大于第二搅拌针的尺寸，第二搅拌针的尺寸大于第三搅拌针的尺寸；

所述表面覆层辊压装置包括一个带有多个辊槽的辊子承载盘、内圈辊子单元和外圈辊子单元，所述内圈辊子单元和外圈辊子单元分别设置有三个，内圈辊子单元的三个内圈辊子的任意两个的滚轴的夹角以及外圈辊子单元的三个外圈辊子的任意两个的滚轴的夹角均为120度；每个外圈辊子的辊孔都位于两个内圈辊子辊孔的角平分线上；

所述的表面氧化物去除装置、表面摩擦预热装置和表面覆层辊压装置表面均设置有堵料及传动结构，堵料及传动结构的表面形状为外凸形，在上表面中心处为平面区域，此外凸形与平面区域组合的形状恰好与出料口的整个圆周底部内凹面相配合，堵料及传动结构的表面上有三个形状尺寸与出料口完全相同的凸起部分，三个凸起部分呈圆周式排列方式，每两个凸起部分之间的圆周角度均为120°，三个凸起部分的弯曲方向相同且与出料口的弯曲方向相同，在堵料及传动结构的表面上设置有多个用于存放搅拌针的圆柱孔，多个圆柱孔均与出料口具有一定的距离；

所述待修复钢板工件装夹组件包括夹块、夹具顶杆止推孔、夹具拧紧顶杆、夹具底座、旋转杆、待修复钢板工件以及夹具底座连接板，所述夹具拧紧顶杆穿过带有内螺纹的夹具底座，所述夹具拧紧顶杆的第一端放置在所述夹具顶杆止推孔内，所述夹具拧紧顶杆的第二端与所述旋转杆连接，所述待修复钢板工件放在所述夹具底座上，所述夹具底座的凸起部分与所述夹块相配合从而将所述待修复钢板工件夹紧，所述夹具底座与所述夹具底座连接板连接。

2.根据权利要求1所述的基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其特征在于：多个内螺纹孔包括中心内螺纹孔、第二内螺纹孔以及第三内螺纹孔，沿出料口圆周直径方向，中心内螺纹孔位于出料口圆周的中心位置，第二内螺纹孔位于沿圆周直径方向上距离中心内螺纹孔1/3倍的出料口圆周半径长度处，第三内螺纹孔位于沿出料口圆周直径方向上距离中心内螺纹孔2/3倍的出料口圆周半径长度处，且在中心内螺纹孔到第二内螺纹孔所在位置的方向的相反方向上。

3.根据权利要求2所述的基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其特征在于：多个圆柱孔包括中心圆柱孔、第二圆柱孔以及第三圆柱孔，沿堵料及传动结构的上表面圆周直径方向，中心圆柱孔位于堵料及传动结构的上表面圆周的中心位置，第二圆柱孔位于沿圆周直径方向上距离中心圆柱孔1/3倍的出料口圆周半径长度处，第三圆柱孔位于沿堵料及传动结构的上表面圆周直径方向上距离中心圆柱孔2/3倍的出料口圆周半径长度处，且在中心圆柱孔到第二圆柱孔所在位置的方向的相反方向上，中心圆柱孔的尺寸略大于中心内螺纹孔尺寸，第二圆柱孔尺寸略大于第二内螺纹孔尺寸，第三圆柱孔尺寸略大于第三内螺纹孔尺寸。

4.根据权利要求1所述的基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其特征在于：同一排泄凹槽中每两个搅拌针之间的距离均为12mm，在4个排泄凹槽中的每一个排泄凹槽中离中心距离最近的搅拌针与中心搅拌针沿短直边方向的距离差为3mm。

5.根据权利要求1所述的基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其特征在于：内圈辊子和外圈辊子的辊孔的形状均为两边带有2个辊子轴孔，中间为带有四个角的半圆柱孔。

6.根据权利要求1所述的基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其特征在于：所述搅拌针的下部分为圆柱凸台，圆柱凸台外表面设置有用于拧紧在内螺纹孔中固定的外螺纹，所述搅拌针的上部分为锥台，所述锥台的尖端用于破坏受损表面。

7.根据权利要求1所述的基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其特征在于：所述X轴方向进给组件包括X轴步进电机、X轴滚珠丝杠轴承、X轴轴承座、X轴滚珠丝杠、X轴滑块导轨、X轴导轨连接内六角螺栓、X轴导轨支座螺栓、X轴导轨支座、X轴轴承座连接内六角螺栓、X轴轨道滑块、X轴丝杠滑块、X轴承载板、X轴轨道滑块连接内六角螺栓、X轴丝杠滑块连接内六角螺栓以及X轴承载板孔，所述X轴步进电机与所述X轴滚珠丝杠连接，所述X轴滚珠丝杠与所述X轴滚珠丝杠轴承连接，所述X轴滚珠丝杠轴承与所述X轴轴承座相连接，所述X轴轴承座通过所述X轴轴承座连接内六角螺栓固定在所述X轴导轨支座上，所述X轴滑块导轨通过所述X轴导轨连接内六角螺栓安装在所述X轴导轨支座上，所述X轴导轨支座通过X轴导轨支座螺栓与机床支座框架连接，所述X轴轨道滑块安装在所述X轴滑块导轨上，所述X轴丝杠滑块安装在所述X轴滚珠丝杠上，所述X轴承载板通过所述X轴轨道滑块连接内六角螺栓和所述X轴丝杠滑块连接内六角螺栓分别固定在所述X轴轨道滑块和所述X轴丝杠滑块上。

8.根据权利要求7所述的基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其特征在于：所述Y轴方向进给组件，其包括Y轴步进电机、Y轴滚珠丝杠轴承、Y轴轴承座、Y轴滚珠丝杠、Y轴滑块导轨、Y轴导轨连接内六角螺栓、Y轴导轨支座、Y轴导轨支座螺栓、Y轴丝杠滑块以及Y轴轨道滑块，所述Y轴步进电机与所述Y轴滚珠丝杠连接，所述Y轴滚珠丝杠与所述Y轴滚珠丝杠轴承连接，所述Y轴滚珠丝杠轴承与所述Y轴轴承座连接，所述Y轴轴承座与所述Y轴导轨支座连接，所述Y轴滑块导轨通过所述Y轴导轨连接内六角螺栓与所述Y轴导轨支座连接，所述Y轴导轨支座通过所述Y轴导轨支座螺栓与所述X轴承载板连接，所述Y轴丝杠滑块装在所述Y轴滚珠丝杠上，所述Y轴轨道滑块装在所述Y轴滑块导轨上。

9.根据权利要求8所述的基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其特征在于：所述Z轴方向进给组件，其包括Z轴步进电机、Z轴滚珠丝杠轴承、Z轴轴承座、Z轴滚珠丝杠、Z轴滑块导轨、Z轴导轨连接内六角螺栓、Z轴导轨支座、Z轴导轨支座螺栓、Z轴轨道滑块以及Z轴丝杠滑块，所述Z轴步进电机与所述Z轴滚珠丝杠连接，所述Z轴滚珠丝杠与所述Z轴滚珠丝杠轴承连接，所述Z轴滚珠丝杠轴承与所述Z轴轴承座连接，所述Z轴滑块导轨通过所述Z轴导轨连接内六角螺栓与所述Z轴导轨支座连接，所述Z轴导轨支座通过所述Z轴导轨支座螺栓与所述机床支座框架连接，所述Z轴轨道滑块装在所述Z轴滑块导轨上，所述Z轴丝杠滑块装在所述Z轴滚珠丝杠上。

10.根据权利要求9所述的基于半固态浆料的表面预处理及修复辊压一体装置，其特征在于：所述伺服电机支撑组件包括伺服电机底座支撑座、支撑座连接内六角螺栓、连接支撑板、伺服电机底座和伺服电机底座连接内六角螺栓，所述伺服电机底座支撑座通过所述支撑座连接内六角螺栓与所述连接支撑板连接，所述连接支撑板通过所述滑块连接内六角螺栓固定在所述Z轴轨道滑块上，所述伺服电机底座通过所述伺服电机底座连接内六角螺栓与所述伺服电机底座支撑座连接。

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