CN113927312A - 激光重熔快速成形装置及重熔成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光重熔快速成形装置，涉及激光快速成形与材料制备技术领域，包括激光重熔装置、驱动装置和环压压头，环压压头具备呈环形的锻压面，激光重熔装置中的激光头用于向工件发射激光并对工件待处理面进行重熔，激光头的激光发射端能够从锻压面中伸出或激光头发射的激光能够从锻压面中射出至工件待处理面，驱动装置能够驱动环压压头沿垂直于工件待处理面的方向往复移动；本发明还提供一种基于如上所述的激光重熔快速成形装置的激光重熔快速成形方法，本发明提供的激光重熔快速成形装置及重熔成形方法能够提高重熔后工件的性能。

Description

激光重熔快速成形装置及重熔成形方法

技术领域

本发明涉及激光快速成形与材料制备技术领域，特别是涉及一种激光重熔快速成形装置及重熔成形方法。

背景技术

镍基高温合金由于具有高熔点、低密度及良好的高温抗氧化性等优点，已被广泛应用于航空航天领域。在航空航天领域最为关键的技术为航空发动机制造技术，而目前镍基高温结构材料的制备成本也已占至航空发动机制造总成本的20％～25％。镍基高温合金虽然在航空发动机中应用最为广泛，但仍有许多不足之处：首先，大部分镍基高温合金只能在1100℃以下服役，已接近合金熔点，想要进一步提升该类合金服役温度十分困难；其次，镍基高温合金制造的多晶涡轮叶片晶粒均较为粗大，这可保证其在高温环境下具有良好的抗蠕变变形能力，但晶粒粗大同时也降低了抗疲劳性能，使航空发动机长时服役过程中涡轮叶片在交变应力与热疲劳双重作用下产生裂纹，严重影响航空发动机使用寿命。

镍基高温合金主要由γ′相、γ相、枝晶间β相和其他次生相组成，金属间化合物Ni3Al(γ′相)为镍基高温合金主要强化相，大量研究结果已表明，镍基高温合金服役性能和承温能力正比于合金中的γ′相。因此国内外许多科研工作者均把目光聚焦于镍基高温合金中强化相的研究上，例如在合金中引入其他元素进行第二相强化或析出相强化，以此提高合金在高温下的力学性能。在引入塑性相后，镍基高温合金室温塑性的到明显提升。但到目前为止仍未研制出一种同时兼具优异高温强度和良好室温塑性的镍基高温合金。因此镍基高温合金的进一步研究开发仍有许多难题有待解决。

激光重熔处理，又称为快速熔凝，在快速凝固条件下细化晶粒、组织，达到调控组织的目的。燕山大学采用激光重熔技术对镍基高温合金表面进行了激光重熔处理，重熔后组织内γ′相有所提升，但由于激光重熔过程中过冷度增加，在晶界处容易萌生裂纹，导致组织性能降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光重熔快速成形装置及重熔成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高重熔后工件的性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种激光重熔快速成形装置，包括激光重熔装置、驱动装置和环压压头，所述环压压头具备呈环形的锻压面，所述激光重熔装置中的激光头用于向工件发射激光并对工件待处理面进行重熔，所述激光头的激光发射端能够从所述锻压面中伸出或所述激光头发射的激光能够从所述锻压面中射出至所述工件待处理面，所述驱动装置能够驱动所述环压压头沿垂直于所述工件待处理面的方向往复移动。

优选的，还包括支撑件，所述驱动装置固定设置于所述支撑件上，所述环压压头滑动设置于所述支撑件上，所述驱动装置与所述环压压头传动连接。

优选的，所述驱动装置包括电机，所述电机通过曲柄连杆驱动所述环压压头沿直线运动，所述曲柄连杆用于连接所述环压压头的一端通过滑块滑槽结构滑动连接于所述支撑件上。

优选的，所述环压压头呈套筒状，所述环压压头至少一端开口，且开口的一端端面形成所述锻压面，所述激光头穿设于所述环压压头内，所述驱动装置能够驱动所述环压压头沿所述环压压头的轴线方向移动。

优选的，所述环压压头的侧壁上开设有沿所述环压压头长度方向延伸的长孔，所述激光重熔装置包括激光器和连接管，所述激光器设置于所述环压压头外，所述连接管的一端与所述激光器连接或连通，所述连接管的另一端穿过所述长孔并与所述激光头连接或连通。

优选的，还包括压头固定滑块，所述环压压头远离所述锻压面的一端通过螺栓固定设置于所述压头固定滑块上，所述滑块滑槽结构中的滑块呈柱状，所述滑块的一端位于滑槽内，另一端伸进所述压头固定滑块中，且所述压头固定滑块和所述滑块上均设置有垂直于所述滑块的销孔，所述压头固定滑块通过销与所述滑块固定连接。

优选的，所述支撑件呈壳体状，所述驱动装置、所述电机和所述曲柄连杆均位于所述支撑件内。

本发明还提供一种基于如上所述的激光重熔快速成形装置的激光重熔快速成形方法，包括：

步骤一、将工件待处理表面打磨平整，使工件待处理表面保持水平，将工件放置在激光头和锻压面正下方，此时的锻压面和激光头与工件待处理表面存在间距，而后固定好工件；

步骤二、激光头对准工件待处理表面发射激光并对待处理表面进行重熔，在重熔的同时，驱动装置驱动锻压面对重熔区域进行环压，激光头与环压压头同时沿着选定方向向前移动；

步骤三、当工件所需重熔区域完成重熔锻压时，激光头停止工作，抬起环压压头；待工件冷却完后，放松工件，并取出工件。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的激光重熔快速成形装置及重熔成形方法先通过激光头对工件表面重熔，而后在工件表面成形时，通过环压压头对重熔区进行反复锻压成形，以使得工件重熔区在高温下实现动态再结晶，形成表面具有更细小，更均匀显微组织结构工件，进而达到提高工件性能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例以提供的激光重熔快速成形装置的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图2中A-A向剖视图；

图4为图2中B-B向剖视图；

图中：1-环压压头、2-工件、3-支撑件、4-驱动装置、5-曲柄连杆、6-压头固定滑块、7-滑槽、8-滑块、9-滑块滑槽结构、10-激光头、11-连接管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种激光重熔快速成形装置及重熔成形方法，以解决现有技术存在的问题，以达到提高工件性能的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供一种激光重熔快速成形装置，适用于对镍基高温合金进行重熔再成形，如图1～4所示，包括激光重熔装置、驱动装置4和环压压头1，环压压头1具备呈环形的锻压面，激光重熔装置中的激光头10用于向工件2发射激光并对工件2待处理面进行重熔，激光头10的激光发射端能够从锻压面中伸出或激光头10发射的激光能够从锻压面中射出至工件2待处理面，驱动装置4能够驱动环压压头1沿垂直于工件2待处理面的方向往复移动。

本实施例提供的激光重熔快速成形装置先通过激光头10对工件2表面重熔，而后在工件2表面成形时，通过环压压头1对重熔区进行锻压成形，以使得工件2重熔区在高温下实现动态再结晶，形成表面具有更细小，更均匀显微组织结构工件2，进而达到提高工件2性能的目的。

进一步的，激光重熔快速成形装置还包括支撑件3，驱动装置4固定设置于支撑件3上，环压压头1滑动设置于支撑件3上，驱动装置4与环压压头1传动连接；驱动装置4包括电机，电机优选为交流伺服电动机，电机通过曲柄连杆5驱动环压压头1沿直线运动，曲柄连杆5用于连接环压压头1的一端通过滑块滑槽结构9滑动连接于支撑件3上，采用曲柄连杆5结构能够实现环压压头1往复运动的过程，以便于环压压头1对重熔区进行不间断的锻压；优选的，支撑件3呈壳体状，驱动装置4、电机和曲柄连杆5均位于支撑件3内，提高装置操作的安全性。

进一步的，环压压头1呈套筒状，优选的，环压压头1以及锻压面均为轴对称结构，有利于提高激光重熔材料的组织性能均匀性，避免各向异性，环压压头1至少一端开口，且开口的一端端面形成锻压面，激光头10穿设于环压压头1内，驱动装置4能够驱动环压压头1沿环压压头1的轴线方向往复移动。

进一步的，环压压头1的侧壁上开设有沿环压压头1长度方向延伸的长孔，激光重熔装置包括激光器和连接管11，连接管11外表面材质为硬质合金，激光器设置于环压压头1外，连接管11的一端与激光器连接或连通，连接管11的另一端穿过长孔并与激光头10连接或连通，连接管11连接到外部的激光器上的同时起到固定支撑激光头10的作用，环压压头1在做上下往复运动时激光头10连接管11可固定并保持激光头10相对静止。

进一步的，激光重熔快速成形装置还包括压头固定滑块6，环压压头1远离锻压面的一端通过螺栓固定设置于压头固定滑块6上，滑块滑槽结构9中的滑块8呈柱状，滑块8的一端位于滑槽7内，另一端伸进压头固定滑块6中，且压头固定滑块6和滑块8上均设置有垂直于滑块8的销孔，压头固定滑块6通过销与滑块8固定连接，以实现固定环压压头1和驱动环压压头1往复移动的目的。

实施例二

本实施例提供一种基于实施例一中所述的激光重熔快速成形装置的激光重熔快速成形方法，包括：

步骤一、将工件2待处理表面打磨平整，使工件2待处理表面保持水平，将工件2放置在激光头10和锻压面正下方，此时的锻压面和激光头10与工件2待处理表面存在间距，而后固定好工件2；

步骤二、激光头10对准工件2待处理表面发射激光并对待处理表面进行重熔，在重熔的同时，驱动装置4驱动锻压面对重熔区域进行环压，激光头10与环压压头1同时沿着选定方向向前移动；

步骤三、当工件2所需重熔区域完成重熔锻压时，激光头10停止工作，抬起环压压头1；待工件2冷却完后，放松工件2，并取出工件2。

本实施例提供的激光重熔快速成形方法先通过激光头10对工件2表面重熔，而后在工件2表面成形时，通过环压压头1对重熔区进行锻压成形，以使得工件2重熔区在高温下实现动态再结晶，形成表面具有更细小，更均匀显微组织结构工件2，进而达到提高工件2性能的目的。

进一步的，步骤二可为以下两种过程中的任意一种：

第一种：激光头射出激光对工件表面进行重熔后，环压压头反复捶打锻压重熔区，锻压一定的时间后，激光头与环压压头同时沿着选定方向向前移动一定的距离，上述移动过程为步进移动，而后重复上述重熔和锻压过程；

第二种：环压压头始终往复运动，激光头和环压压头缓缓地、不间断地沿一个方向移动，上述移动过程为连续移动而非步进移动。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种激光重熔快速成形装置，其特征在于：包括激光重熔装置、驱动装置和环压压头，所述环压压头具备呈环形的锻压面，所述激光重熔装置中的激光头用于向工件发射激光并对工件待处理面进行重熔，所述激光头的激光发射端能够从所述锻压面中伸出或所述激光头发射的激光能够从所述锻压面中射出至所述工件待处理面，所述驱动装置能够驱动所述环压压头沿垂直于所述工件待处理面的方向往复移动。

2.根据权利要求1所述的激光重熔快速成形装置，其特征在于：还包括支撑件，所述驱动装置固定设置于所述支撑件上，所述环压压头滑动设置于所述支撑件上，所述驱动装置与所述环压压头传动连接。

3.根据权利要求2所述的激光重熔快速成形装置，其特征在于：所述驱动装置包括电机，所述电机通过曲柄连杆驱动所述环压压头沿直线运动，所述曲柄连杆用于连接所述环压压头的一端通过滑块滑槽结构滑动连接于所述支撑件上。

4.根据权利要求1所述的激光重熔快速成形装置，其特征在于：所述环压压头呈套筒状，所述环压压头至少一端开口，且开口的一端端面形成所述锻压面，所述激光头穿设于所述环压压头内，所述驱动装置能够驱动所述环压压头沿所述环压压头的轴线方向移动。

5.根据权利要求4所述的激光重熔快速成形装置，其特征在于：所述环压压头的侧壁上开设有沿所述环压压头长度方向延伸的长孔，所述激光重熔装置包括激光器和连接管，所述激光器设置于所述环压压头外，所述连接管的一端与所述激光器连接或连通，所述连接管的另一端穿过所述长孔并与所述激光头连接或连通。

6.根据权利要求3所述的激光重熔快速成形装置，其特征在于：还包括压头固定滑块，所述环压压头远离所述锻压面的一端通过螺栓固定设置于所述压头固定滑块上，所述滑块滑槽结构中的滑块呈柱状，所述滑块的一端位于滑槽内，另一端伸进所述压头固定滑块中，且所述压头固定滑块和所述滑块上均设置有垂直于所述滑块的销孔，所述压头固定滑块通过销与所述滑块固定连接。

7.根据权利要求3所述的激光重熔快速成形装置，其特征在于：所述支撑件呈壳体状，所述驱动装置、所述电机和所述曲柄连杆均位于所述支撑件内。

8.一种基于权利要求1～7任意一项所述的激光重熔快速成形装置的激光重熔快速成形方法，其特征在于：包括：

步骤一、将工件待处理表面打磨平整，使工件待处理表面保持水平，将工件放置在激光头和锻压面正下方，此时的锻压面和激光头与工件待处理表面存在间距，而后固定好工件；

步骤二、激光头对准工件待处理表面发射激光并对待处理表面进行重熔，在重熔的同时，驱动装置驱动锻压面对重熔区域进行环压，激光头与环压压头同时沿着选定方向向前移动；

步骤三、当工件所需重熔区域完成重熔锻压时，激光头停止工作，抬起环压压头；待工件冷却完后，放松工件，并取出工件。

Images