CN113560579A - 一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置及其使用方法 - Google Patents

一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置及其使用方法，属于材料成型技术领域；该修复装置包括：由激光熔覆技术在大型模具上制备成型的修复体，所述修复体加工成型后留置于大型模具上侧；底端开口且通过开口竖直套装于修复体外侧的凹模箱；所述凹模箱的两侧壁上均设有一进模板；连接于每个所述进模板上侧的挤压凸模，两个所述挤压凸模相对设置于凹模箱的左、右两侧，所述凹模箱上与每个挤压凸模相对的一侧均设有一进模孔；每个所述挤压凸模均能够在与之相连接的进模板上直线滑动，并且其一端穿过对应的进模孔挤压凹模箱内腔中的修复体；本发明具有能够对修复体挤压塑形，形成细小等轴晶，使组织结构均匀化的优点。

Description

一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置及其使 用方法
技术领域
本发明涉及材料成型技术领域，尤其涉及一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置及其使用方法。
背景技术
激光立体成形技术是一种能够满足成形一体化需求的增材制造技术，大多数增材制造技术主要是用于快速原型制造，所以又被称为“快速原型”技术。增材成形原理绝非只能用于成形，也可以解决高性能的需求。激光立体成形技术是一种不仅能达到精确成形，也能达到高性能成形的制造技术。成形修复是激光立体成形技术的一个被高度重视的发展方向，工业界越来越关注激光立体成形技术作为一种高性能成形修复技术。不仅在航空航天领域，机械、能源、船舶等领域的大型装备的高性能快速修复也都对激光立体成形技术提出了迫切的需求。激光立体成形修复技术具有工艺灵活性和柔性化的特点，最为重要的是，激光立体成形修复技术可以把异质的材料结合成一个整体构件，结合成的梯度材料材质优越。传统激光修复技术一般使用激光熔覆技术将修复材料逐层累加到需要修复的位置，该技术工艺参数复杂，工艺稳定性一般，难以精确控制修复体的微观组织结构，修复累积得到的金属层易形成定向生长的树枝晶与柱状晶，且易出现孔洞、疏松等影响修复体致密度的缺陷，进而导致综合力学性能较低。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置及其使用方法，该修复装置及其使用方法具有能够对修复体挤压塑形，形成细小等轴晶，使组织结构均匀化同时能够减小修复体与模具结合面受力的优点。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
本发明首先提供一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置，包括：
由激光熔覆技术在大型模具上制备成型的修复体，所述修复体加工成型后留置于大型模具上侧；底端开口且通过开口竖直套装于修复体外侧的凹模箱；所述凹模箱的两侧壁上均设有一进模板；连接于每个所述进模板上侧的挤压凸模，两个所述挤压凸模相对设置于凹模箱的左、右两侧，所述凹模箱上与每个挤压凸模相对的一侧均设有一进模孔；每个所述挤压凸模均能够在与之相连接的进模板上直线滑动，并且其一端穿过对应的进模孔挤压凹模箱内腔中的修复体；
其中每个所述挤压凸模的另一端均连接一斜楔机构；两个所述斜楔机构的上侧共同连接固定板，所述固定板的顶端与液压机的压力转换头相连接，以传递来自液压机的下行压力；所述固定板受压时，其下行运动能够通过两侧的斜楔机构转化为相应的挤压凸模向着凹模箱内腔方向前进的直线滑动，进而对修复体进行挤压塑形。
进一步地，所述斜楔机构包括设置于对应挤压凸模一端的滑块以及连接于固定板下侧的斜楔，所述斜楔与对应的滑块之间以斜面移动副相连接，所述斜楔受到来自固定板上传递的压力向下运动时，其能够通过所述斜面移动副将压力传递至对应的滑块上并且由对应的滑块推动挤压凸模向着凹模箱内腔直线滑动，以对凹模箱内的修复体进行挤压塑形。
进一步地，两个所述滑块与凹模箱之间均设有一水平的复位杆，在液压机上的压力从固定板撤去后，通过所述复位杆带动对应的挤压凸模及滑块复位；其中，所述复位杆采用液压缸。
进一步地，所述凹模箱的顶端与固定板之间还设有竖向缓冲机构；所述竖向缓冲机构包括设置于凹模箱顶端的连杆，所述连杆的顶端与固定板之间连接氮气弹簧。
进一步地，所述修复体的底端向周边延伸出一定厚度的圆形修复层，所述凹模箱底端的两个进模板底面贴合安装于修复层上。
进一步地，所述挤压凸模与对应的滑块之间采用可拆卸方式连接。
本发明还提供一种基于所述修复装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤a：在所述大型模具上利用激光熔覆技术制备修复体，在所述修复体的底端外壁周围熔覆圆盘状修复层，并使熔覆后的所述修复层周向均匀分布在修复体的外侧；
步骤b：将所述凹模箱套装于修复体上，并使所述修复体从凹模箱的底端开口完全进入至凹模箱内腔中，所述修复层置于凹模箱的下方并且与两进模板相贴合；
步骤c：在所述凹模箱的顶端与固定板之间从下至上依次竖直安装连杆以及氮气弹簧，将两个所述挤压凸模的一端均连接于对应的滑块上；将两个所述斜楔的顶端与固定板相连接，两个所述斜楔的底端与对应的滑块以斜面移动副方式装配连接；并且使两个所述挤压凸模对准凹模箱上对应的进模孔，并在所述凹模箱与每个滑块的一侧间均安装复位杆；
步骤d：启动液压机，通过压力转换头使所述固定板带动两个斜楔以及氮气弹簧共同竖直向下运动，并进一步带动两个所述挤压凸模向着凹模箱内腔方向滑动，以穿过对应的进模孔并对凹模箱内的修复体进行挤压，以使修复体塑性变形并填充凹模箱的内腔间隙；
步骤e：当填充完毕后，对所述修复体进行冷却；冷却完毕后，通过所述复位杆带动对应的挤压凸模复位；关闭液压机，通过所述氮气弹簧和连杆将凹模箱从修复体上取下，使修复体脱离凹模箱。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过在凹模箱内对修复体进行挤压塑形的方式，使其能够形成细小等轴晶，组织结构均匀化，位错密度高，具有较高的强度与耐磨性；与传统激光修复方法相比，使得修复体具有更高的致密度；与此同时，闭式挤压可以提高系统的可靠性，简化操作过程。
2、本发明中，通过固定板在压力转换头的下行压力作用下竖向下移，通过斜楔与滑块组成的斜楔机构转变成挤压凸模向着凹模箱内腔前进的直线移动，从而将液压机竖直向下的挤压力变成挤压凸模水平方向的挤压力并作用至修复体上，减小了修复体与大型模具结合面的受力，保证修复体达到锻件质量的同时，减小模具表面变形量，从而不影响模具本身质量。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的剖面结构示意图；
图3是图1中模具及修复体的结构示意图。
图中标记名称：大型模具1、凹模箱2、滑块3、斜楔4、固定板5、氮气弹簧6、连杆7、复位杆8、挤压凸模9、修复体10。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
第一实施例：
请参阅图1～3，本实施例的一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置，包括：大型模具1、修复体10、凹模箱2、挤压凸模9、氮气弹簧6、固定板5、滑块3；
其中，修复体10由激光熔覆技术在大型模具1上制备成型，加工成型后留置于大型模具1上侧；凹模箱2的底端开口且通过开口将凹模箱2竖直套装于修复体10的外侧；凹模箱2的两侧壁上均设有一进模板，每个进模板上侧均连接一挤压凸模9，两个挤压凸模9相对设置于凹模箱2的左、右两侧，凹模箱2上与每个挤压凸模9相对的一侧均设有一进模孔，每个挤压凸模9均能够在与之相连接的进模板上直线滑动并且一端穿过对应的进模孔，以挤压凹模箱2内腔中的修复体10；其中，每个挤压凸模9的另一端均连接一斜楔机构，两个斜楔机构的上侧共同连接固定板5，固定板5的顶端与液压机的压力转换头相连接，以传递来自液压机的下行压力；固定板5受压时，其下行运动能够通过两侧的斜楔机构转化为相应的挤压凸模9向着凹模箱2内腔方向前进的直线滑动，进而对修复体10进行挤压。
本实施例中，斜楔机构包括设置于对应挤压凸模9一端的滑块3以及连接于固定板5下侧的斜楔4，斜楔4与对应的滑块3之间采用斜面移动副方式连接，斜楔4受到来自固定板5上传递的压力向下运动时，通过配合斜面将压力传递至对应的滑块3上并且由对应的滑块3推动挤压凸模9向着凹模箱2内腔直线滑动，以对凹模箱2内的修复体10进行挤压。
使用时，启动液压机后，固定板5由于受到来自压力转换头上的压力向下直线运动（即下行运动），通过斜楔4与滑块3组成的斜楔机构转变成挤压凸模9向着凹模箱2内腔前进的直线运动，从而将液压机竖直向下的挤压力变成挤压凸模水平方向的挤压力并作用至修复体10上，减小了修复体10与大型模具1结合面的受力，保证修复体达到锻件质量的同时，减小模具表面变形量，从而不影响模具本身质量。
本实施例中，两个滑块3与凹模箱2之间均设有一水平的复位杆8，在液压机上的压力从固定板5撤去后，通过复位杆8带动对应的挤压凸模9及滑块3复位；复位杆8具有多种形式，常用形式为液压缸。
本实施例中，凹模箱2的顶端与固定板5之间还设有竖向缓冲机构，竖向缓冲机构包括设置于凹模箱2顶端的连杆7，连杆7的顶端与固定板5连接氮气弹簧6，氮气弹簧6可以让斜楔4在下行的过程中保持较好的稳定性并起到缓冲的作用，使压力更加平稳地传递至挤压凸模9上，进而使修复体10所受的挤压力均匀。
请参阅图3，修复体10的底端向周边延伸出一定厚度的圆形修复层，凹模箱2底端的两个进模板底面贴合安装于修复层上；当纵向的液压力过大时，修复体10的周边会产生压塌现象，通过修复层的设置能够对修复体10形成一定的保护作用；即压塌先从底部的修复层开始，由于修复层也具有一定的厚度，使得塌陷部位不会延及修复体10，后期再通过机加工将被压塌的残留修复层切削去除，仍然能保证修复体10的加工精度。
本实施例中，挤压凸模9与对应的滑块3之间采用可拆卸连接，在挤压凸模9磨损时可随时更换，维护较为方便，同时可根据需要更换不同形状、规格及材料的凸模。
第二实施例：
为了更加清楚、完整地体现本发明的工作原理，本实施例还提供一种上述修复装置的使用方法，如下所示：
步骤a：在大型模具1上利用激光熔覆技术制备修复体10，在修复体10的底端外壁周围熔覆圆盘状修复层，并使熔覆后的修复层周向均匀分布在修复体10的外侧；
步骤b：将凹模箱2套装于修复体10上，并使修复体10从凹模箱2的底端开口完全进入至凹模箱2内腔中，修复层置于凹模箱2的下方并且与两进模板相贴合；
步骤c：在凹模箱2的顶端与固定板5之间从下至上依次竖直安装连杆7以及氮气弹簧6，将两个挤压凸模9的一端均连接于对应的滑块3上；将两个斜楔4的顶端与固定板5相连接，两个斜楔4的底端与对应的滑块3通过相配合的斜面装配连接；并且使两个挤压凸模9对准凹模箱2上对应的进模孔，并在凹模箱2与每个滑块3的一侧间均安装复位液压缸；
步骤d：启动液压机，通过压力转换头使固定板5带动两个斜楔4以及氮气弹簧6共同竖直向下运动，并进一步带动两个挤压凸模9向着凹模箱2内腔方向滑动，以穿过对应的进模孔并对凹模箱2内的修复体10进行挤压，发生塑性变形并填充凹模箱2的内腔间隙；
步骤e：当填充完毕后，对修复体10进行冷却；冷却完毕后，通过复位液压缸带动对应的挤压凸模9复位；关闭液压机，通过氮气弹簧6和连杆7将凹模箱2从修复体10上取下，使修复体10脱离凹模箱2。
发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置，其特征在于，包括：
由激光熔覆技术在大型模具（1）上制备成型的修复体（10），所述修复体（10）加工成型后留置于大型模具（1）上侧；
底端开口且通过开口竖直套装于修复体（10）外侧的凹模箱（2）；所述凹模箱（2）的两侧壁上均设有一进模板；
连接于每个所述进模板上侧的挤压凸模（9），两个所述挤压凸模（9）相对设置于凹模箱（2）的左、右两侧，所述凹模箱（2）上与每个挤压凸模（9）相对的一侧均设有一进模孔；每个所述挤压凸模（9）均能够在与之相连接的进模板上直线滑动，并且其一端穿过对应的进模孔挤压凹模箱（2）内腔中的修复体（10）；
其中每个所述挤压凸模（9）的另一端均连接一斜楔机构；两个所述斜楔机构的上侧共同连接固定板（5），所述固定板（5）的顶端与液压机的压力转换头相连接，以传递来自液压机的下行压力；
所述固定板（5）受压时，其下行运动能够通过两侧的斜楔机构转化为相应的挤压凸模（9）向着凹模箱（2）内腔方向前进的直线滑动，进而对修复体（10）进行挤压塑形。
2.根据权利要求1所述的一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置，其特征是：所述斜楔机构包括设置于对应挤压凸模（9）一端的滑块（3）以及连接于固定板（5）下侧的斜楔（4），所述斜楔（4）与对应的滑块（3）之间以斜面移动副相连接，所述斜楔（4）受到来自固定板（5）上传递的压力向下运动时，其能够通过所述斜面移动副将压力传递至对应的滑块（3）上并且由对应的滑块（3）推动挤压凸模（9）向着凹模箱（2）内腔直线滑动，以对凹模箱（2）内的修复体（10）进行挤压塑形。
3.根据权利要求2所述的一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置，其特征是：两个所述滑块（3）与凹模箱（2）之间均设有一水平的复位杆（8），在液压机上的压力从固定板（5）撤去后，通过所述复位杆（8）带动对应的挤压凸模（9）及滑块（3）复位；其中，所述复位杆（8）采用液压缸。
4.根据权利要求3所述的一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置，其特征是：所述凹模箱（2）的顶端与固定板（5）之间还设有竖向缓冲机构；所述竖向缓冲机构包括设置于凹模箱（2）顶端的连杆（7），所述连杆（7）的顶端与固定板（5）之间连接氮气弹簧（6）。
5.根据权利要求4所述的一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置，其特征是：所述修复体（10）的底端向周边延伸出一定厚度的圆形修复层，所述凹模箱（2）底端的两个进模板底面贴合安装于修复层上。
6.根据权利要求5所述的一种基于闭式挤压成形的大型模具激光立体修复装置，其特征是：所述挤压凸模（9）与对应的滑块（3）之间采用可拆卸方式连接。
7.一种如权利要求6所述修复装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：在所述大型模具（1）上利用激光熔覆技术制备修复体（10），在所述修复体（10）的底端外壁周围熔覆圆盘状修复层，并使熔覆后的所述修复层周向均匀分布在修复体（10）的外侧；
步骤b：将所述凹模箱（2）套装于修复体（10）上，并使所述修复体（10）从凹模箱（2）的底端开口完全进入至凹模箱（2）内腔中，所述修复层置于凹模箱（2）的下方并且与两进模板相贴合；
步骤c：在所述凹模箱（2）的顶端与固定板（5）之间从下至上依次竖直安装连杆（7）以及氮气弹簧（6），将两个所述挤压凸模（9）的一端均连接于对应的滑块（3）上；将两个所述斜楔（4）的顶端与固定板（5）相连接，两个所述斜楔（4）的底端与对应的滑块（3）以斜面移动副方式装配连接；并且使两个所述挤压凸模（9）对准凹模箱（2）上对应的进模孔，并在所述凹模箱（2）与每个滑块（3）的一侧间均安装复位杆（8）；
步骤d：启动液压机，通过压力转换头使所述固定板（5）带动两个斜楔（4）以及氮气弹簧（6）共同竖直向下运动，并进一步带动两个所述挤压凸模（9）向着凹模箱（2）内腔方向滑动，以穿过对应的进模孔并对凹模箱（2）内的修复体（10）进行挤压，以使修复体（10）塑性变形并填充凹模箱（2）的内腔间隙；
步骤e：当填充完毕后，对所述修复体（10）进行冷却；冷却完毕后，通过所述复位杆（8）带动对应的挤压凸模（9）复位；关闭液压机，通过所述氮气弹簧（6）和连杆（7）将凹模箱（2）从修复体（10）上取下，使修复体（10）脱离凹模箱（2）。
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