CN114536245B - 一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖及其装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光熔覆管内冷却工装，具体涉及一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖及其装配方法，解决现有技术结构复杂，可靠性差且难以同时满足对大口径薄壁管和小口径薄壁管进行夹持及管内冷却的技术问题。该用于激光熔覆管内冷却的顶尖，包括第一顶尖，第一顶尖由第一顶尖盘与连接在第一顶尖盘后部的第一顶尖主轴构成；还包括轴套组件；第一顶尖上设置有第一通道；轴套组件包括主轴轴套、第一轴承、第二轴承与两个轴套端盖；主轴轴套上设置有第二通道，第二通道的一端与主冷却液空腔连通，另一端用于与外部冷却液输送装置连接。本发明还提供了用于激光熔覆管内冷却的顶尖装配方法，可同时满足对大口径薄壁管和小口径薄壁管内冷却的需要。

Description

一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖及其装配方法
技术领域
本发明涉及一种激光熔覆管内冷却工装，具体涉及一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖及其装配方法。
背景技术
目前，激光熔覆技术在材料表面改性技术中应用比较广泛。其工作原理是利用高能激光束辐照，使熔覆粉末在金属基体上形成薄的熔覆层，熔覆层与金属基体结合良好，因此可以制备耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化的表面保护层，显著改善金属表面的耐蚀、耐磨、耐热和抗氧化的性能。目前该技术已在煤炭、钢铁、电力、铁路、船舶等诸多工业领域获得应用。
在对薄壁管类工件进行外表面激光熔覆加工时，由于激光熔覆产生的热量无法及时、有效地排散出去，会使薄壁管类工件快速升温，导致其内部产生较大的热应力，从而引起薄壁管类工件弯曲、变形；当热量累积到一定程度时，还有可能引起薄壁管类工件发生热塌陷失效。
为了使得薄壁管类工件在激光熔覆过程中产生的热量能够被及时、有效地排散出去，防止薄壁管类工件由于温升太高而造成内部热应力过大，从而避免薄壁管类工件弯曲、变形甚至发生热塌陷失效，需要在熔覆过程中对薄壁管类工件进行管内冷却。在现有技术中，薄壁管类工件的夹持装置，通常是由顶尖盘与连接在顶尖盘后部的主轴构成，使用两个顶尖盘的端部夹持住薄壁管类工件的两端，对薄壁管类工件的表面进行激光熔覆，在顶尖盘及主轴的外部设置一套冷却工装，用于对薄壁管类工件及夹持装置进行冷却。其缺点是结构较复杂、可靠性较差，且不能同时满足对大口径薄壁管和小口径薄壁管(如Φ20以下)进行夹持及管内冷却的需要。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术结构复杂，可靠性差且难以同时满足对大口径薄壁管和小口径薄壁管进行夹持及管内冷却的技术问题，而提供一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖及其装配方法，可同时满足对大口径薄壁管和小口径薄壁管内冷却的需要。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖，包括第一顶尖，第一顶尖由第一顶尖盘与连接在第一顶尖盘后部的第一顶尖主轴构成；
其特殊之处在于：还包括轴套组件；
第一顶尖上设置第一通道，第一通道的一个端口设置在第一顶尖盘的前端，另一个端口设置在第一顶尖主轴的侧壁上；
轴套组件包括主轴轴套、第一轴承、第二轴承与两个轴套端盖；
主轴轴套套设在第一顶尖主轴外部，两个轴套端盖设置在主轴轴套的两端，其与第一顶尖主轴之间均为可转动的密封连接，在主轴轴套、两个轴套端盖及第一顶尖主轴之间形成主冷却液空腔，主冷却液空腔与第一通道的另一个端口连通；第一轴承、第二轴承设置在主轴轴套与第一顶尖主轴之间，并位于两个轴套端盖的内侧；
第一顶尖主轴外部由前至后依次设置有两个定位台阶，分别为第一定位台阶、第二定位台阶；主轴轴套的内壁由前至后依次设置有两个定位台阶，分别为第三定位台阶、第四定位台阶；第一定位台阶与第三定位台阶用于定位第二轴承，第二定位台阶与第四定位台阶用于定位第一轴承；
主轴轴套上设置有第二通道，第二通道的一端与主冷却液空腔连通，另一端用于与外部冷却液输送装置连接。
进一步地，所述两个轴套端盖的内侧靠近第一顶尖主轴位置均设置有环形缺口，分别在轴套端盖、第一轴承和第一顶尖主轴之间以及在轴套端盖、第二轴承和第一顶尖主轴之间形成两个次冷却液空腔。
进一步地，还包括第二顶尖；第二顶尖包括依次连接的第二顶尖盘和第二顶尖主轴；第二顶尖主轴与第一顶尖盘螺纹连接；
第二顶尖盘与第二顶尖主轴沿轴向设置有贯通的第三通道，且第三通道与第一通道连通。
进一步地，所述第一顶尖还包括多个骨架密封和密封圈；
两个轴套端盖分别与第一顶尖主轴之间设置有骨架密封；
两个轴套端盖分别与第三定位台阶、第四定位台阶之间设置有密封圈。
进一步地，所述第一顶尖的第一顶尖盘与第一顶尖主轴一体制成；
第二顶尖的第二顶尖盘和第二顶尖主轴一体制成。
同时，本发明还提供了一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖装配方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1：在第一顶尖主轴前端套设一个轴套端盖；
步骤2：将第二轴承套设在第一顶尖主轴上，并通过第一定位台阶定位，将其内圈与第一顶尖主轴固连；
步骤3：套设主轴轴套在第一顶尖主轴上，并通过第三定位台阶定位，将第二轴承的外圈与主轴轴套固连；
步骤4：连接第一顶尖主轴前端的一个轴套端盖与主轴轴套的右端，并使轴套端盖与主轴轴套及第一顶尖主轴前端密封连接；
步骤5：将第一轴承套设在第一顶尖主轴上，并通过第一定位台阶、第三定位台阶定位，将第一轴承的内圈与第一顶尖主轴固连，其外圈与主轴轴套固连；
步骤6：连接第一顶尖主轴后端的另一个轴套端盖与主轴轴套的左端，并使轴套端盖与主轴轴套及第一顶尖主轴后端密封连接。
进一步地，还包括步骤7：装配第二顶尖；
将第二顶尖主轴与第一顶尖的顶尖盘螺纹连接。
进一步地，步骤4中，使轴套端盖与主轴轴套及第一顶尖主轴前端密封连接具体为：
在两个轴套端盖的内壁上分别开设密封槽，并在密封槽中安装密封圈，在第一顶尖主轴前端套设骨架密封，通过骨架密封、密封圈与第一顶尖主轴前端套设的轴套端盖形成密封配合体一，实现轴套端盖与主轴轴套及第一顶尖主轴的密封连接。
进一步地，步骤6中，使轴套端盖与主轴轴套及第一顶尖主轴前端密封连接具体为：
将骨架密封套设在第一顶尖主轴上，通过骨架密封、密封圈与第一顶尖主轴后端套设的轴套端盖形成形成密封配合体二，实现轴套端盖与主轴轴套及第一顶尖主轴的密封连接。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
1、本发明一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖及其装配方法，结构简单且操作方便，不需要对激光熔覆机床进行改造；装夹于激光熔覆机床的卡盘上，与冷却循环系统配合使用，向薄壁管类工件中充入或排出冷却介质。在对激光熔覆的薄壁管类工件进行管内冷却时，卡盘与顶尖盘、薄壁管类工件、尾座的顶尖同步转动，但主轴轴套不旋转，从而达到冷却薄壁管类工件时，使管路不缠绕的效果。
2、本发明一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖，采用主轴轴套配合第一顶尖及第二顶尖，当需要装夹不同口径的薄壁管类工件时，可以根据不同口径的薄壁管类工件灵活安装第一顶尖与第二顶尖，特别是Φ20以下的薄壁管类工件；本发明能够同时满足大口径薄壁管、小口径薄壁管的外表面激光熔覆时的管内冷却需要。
3、本发明一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖及其装配方法，主轴轴套与第一顶尖主轴配合方式在实际使用过程中，可以根据薄壁管类工件的口径，设计不同的第一顶尖盘、第二顶尖盘以满足不同薄壁管类工件的激光熔覆要求，具有广阔的应用市场。
附图说明
图1为本发明一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖实施例一的结构示意图；
图2为本发明一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖实施例二的结构示意图。
图中附图标记为：
1-第一顶尖，2-第一通道；3-主轴轴套，4-第一轴承，5-第二轴承，6-轴套端盖，7-主冷却液空腔，8-第二通道，9-次冷却液空腔，10-第二顶尖，11-第二顶尖盘，12-第二顶尖主轴，13-第三通道，14-骨架密封，15-密封圈，16-第一顶尖主轴，17-第一顶尖盘。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
如图1所示，一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖，包括第一顶尖1，第一顶尖1由第一顶尖盘17与连接在第一顶尖盘17后部的第一顶尖主轴16构成；还包括轴套组件；当需要激光熔覆的薄壁管类工件，其口径为Φ120×6mm时，根据薄壁管类工件的口径设计第一顶尖1。
第一顶尖1上设置第一通道2，第一通道2的一个端口设置在第一顶尖盘17的前端，另一个端口设置在第一顶尖主轴16的侧壁上；
轴套组件包括主轴轴套3、第一轴承4、第二轴承5与两个轴套端盖6；
主轴轴套3套设在第一顶尖主轴16外部，两个轴套端盖6设置在主轴轴套3的两端，其与第一顶尖主轴16之间均为可转动的密封连接，在主轴轴套3、两个轴套端盖6及第一顶尖主轴16之间形成主冷却液空腔7，主冷却液空腔7与第一通道2的另一个端口连通；第一轴承4、第二轴承5设置在主轴轴套3与第一顶尖主轴16之间，并位于两个轴套端盖6的内侧；两个轴套端盖6的内侧靠近第一顶尖主轴16位置均设置有环形缺口，分别在轴套端盖6、第一轴承4和第一顶尖主轴16之间以及在轴套端盖6、第二轴承5和第一顶尖主轴16之间形成两个次冷却液空腔9。
第一顶尖主轴16外部由前至后依次设置有两个定位台阶，分别为第一定位台阶、第二定位台阶；主轴轴套3的内壁由前至后依次设置有两个定位台阶，分别为第三定位台阶、第四定位台阶；第一定位台阶与第三定位台阶用于定位第二轴承5，第二定位台阶与第四定位台阶用于定位第一轴承4；
主轴轴套3上设置有第二通道8，第二通道8的一端与主冷却液空腔7连通，另一端用于与外部冷却液输送装置连接。
本实施例中，第一顶尖1还包括多个骨架密封14和密封圈15；两个轴套端盖6分别与第一顶尖主轴16之间设置有骨架密封14；两个轴套端盖6分别与第三定位台阶、第四定位台阶之间设置有密封圈15。第一顶尖1的第一顶尖盘17与第一顶尖主轴16一体制成；第二顶尖10的第二顶尖盘11和第二顶尖主轴12一体制成。
同时，本发明还提供了一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖装配方法，包括以下步骤：
步骤1：在第一顶尖1的第一顶尖主轴16前端套设一个轴套端盖6；
步骤2：将第二轴承5套设在第一顶尖主轴16上，并通过第一定位台阶定位，将其内圈与第一顶尖主轴16固连；
步骤3：套设主轴轴套3在第一顶尖主轴16上，并通过第三定位台阶定位，将第二轴承5的外圈与主轴轴套3固连；
步骤4：连接第一顶尖主轴16前端的一个轴套端盖6与主轴轴套3的右端，并使轴套端盖6与主轴轴套3及第一顶尖主轴16前端密封连接；
在两个轴套端盖6的内壁上分别开设密封槽，并在密封槽中安装密封圈15，在第一顶尖主轴16前端套设骨架密封14，通过骨架密封14、密封圈15与第一顶尖主轴16前端套设的轴套端盖6形成密封配合体一，实现轴套端盖6与主轴轴套3及第一顶尖主轴16的密封连接。
步骤5：将第一轴承4套设在第一顶尖主轴16上，并通过第一定位台阶、第三定位台阶定位，将第一轴承4的内圈与第一顶尖主轴16固连，其外圈与主轴轴套3固连；
步骤6：连接第一顶尖主轴16后端的另一个轴套端盖6与主轴轴套3的左端，并使轴套端盖6与主轴轴套3及第一顶尖主轴16后端密封连接。
将骨架密封14套设在第一顶尖主轴16上，通过骨架密封14、密封圈15与第一顶尖主轴16后端套设的轴套端盖6形成形成密封配合体二，实现轴套端盖6与主轴轴套3及第一顶尖主轴16的密封连接。
本实施例中，机械加工第二通道8，沿主轴轴套3的壁厚方向开设一个通孔(即第二通道8)，工作时该通孔向下；主轴轴套3的左右两端、沿圆周方向均匀开设有6至8个沉头螺纹孔；主轴轴套3的左右两端分别开设有密封槽，用于放置密封圈15。安装轴套端盖6，轴套端盖6外侧壁沿径向均开设有6至8个螺纹，该螺纹与主轴轴套33上的6至8个沉头螺纹孔具有相同的数量。
将骨架密封14、密封圈15和轴套端盖6分别与主轴轴套3的前端配合安装，通过骨架密封14、密封圈15与第一顶尖主轴16前端套设的轴套端盖6形成密封配合体一，实现轴套端盖6与主轴轴套3及第一顶尖主轴16的密封连接。将第二轴承5与主轴轴套3进行紧配合安装，形成第一顶尖主轴16、第二轴承5与主轴轴套3的配合体；并将其配合体套装于第一定位台阶、第三定位台阶处；
开始安装第一轴承4，将第一轴承4套装入第一顶尖主轴16上的第二定位台阶处；将另一个骨架密封14、密封圈15和轴套端盖6分别与主轴轴套3的后端配合安装，通过骨架密封14、密封圈15与第一顶尖主轴16后端套设的轴套端盖6形成密封配合体二，实现轴套端盖6与主轴轴套3及第一顶尖主轴16的密封连接。将第一轴承4与主轴轴套3进行配合安装，形成第一顶尖主轴16、第一轴承4与主轴轴套3的配合体，并将该配合体套装于第一顶尖主轴16上的第二定位台阶、第四定位台阶处；
固定主轴轴套3两端的轴套端盖6，用沉头螺钉先后将密封配合体一和密封配合体二与主轴轴套3进行连接。
实施例二
如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于，当需要激光熔覆的薄壁管类工件，其口径为Φ20×2.5mm时，根据薄壁管类工件的口径设计第二顶尖10。第二顶尖10包括依次连接的第二顶尖盘11和第二顶尖主轴12；第二顶尖10的第二顶尖盘11和第二顶尖主轴12一体制成。第二顶尖主轴12与第一顶尖1的第一顶尖盘17螺纹连接；第二顶尖盘11与第二顶尖主轴12沿轴向设置有贯通的第三通道13，且第三通道13与第一通道2连通。
通过以下过程实现本实施例用于激光熔覆管内冷却的顶尖装配：
步骤1：在第一顶尖1的第一顶尖主轴16前端套设一个轴套端盖6；
步骤2：将第二轴承5套设在第一顶尖主轴16上，并通过第一定位台阶定位，将其内圈与第一顶尖主轴16固连；
步骤3：套设主轴轴套3在第一顶尖主轴16上，并通过第三定位台阶定位，将第二轴承5的外圈与主轴轴套3固连；
步骤4：连接第一顶尖主轴16前端的一个轴套端盖6与主轴轴套3的右端，并使轴套端盖6与主轴轴套3及第一顶尖主轴16前端密封连接；
在两个轴套端盖6的内壁上分别开设密封槽，并在密封槽中安装密封圈15，在第一顶尖主轴16前端套设骨架密封14，通过骨架密封14、密封圈15与第一顶尖主轴16前端套设的轴套端盖6形成密封配合体一，实现轴套端盖6与主轴轴套3及第一顶尖主轴16的密封连接。
步骤5：将第一轴承4套设在第一顶尖主轴16上，并通过第一定位台阶、第三定位台阶定位，将第一轴承4的内圈与第一顶尖主轴16固连，其外圈与主轴轴套3固连；
步骤6：连接第一顶尖主轴16后端的另一个轴套端盖6与主轴轴套3的左端，并使轴套端盖6与主轴轴套3及第一顶尖主轴16后端密封连接。
步骤7：装配第二顶尖10，将第二顶尖主轴12与第一顶尖1的第一顶尖盘17螺纹连接。

Claims (7)

1.一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖，包括第一顶尖(1)，所述第一顶尖(1)由第一顶尖盘(17)与连接在第一顶尖盘(17)后部的第一顶尖主轴(16)构成；
其特征在于：还包括轴套组件、第二顶尖(10)；
所述第一顶尖(1)上设置第一通道(2)，第一通道(2)的一个端口设置在第一顶尖盘(17)的前端，另一个端口设置在第一顶尖主轴(16)的侧壁上；
所述轴套组件包括主轴轴套(3)、第一轴承(4)、第二轴承(5)与两个轴套端盖(6)；
所述主轴轴套(3)套设在第一顶尖主轴(16)外部，所述两个轴套端盖(6)设置在主轴轴套(3)的两端，其与第一顶尖主轴(16)之间均为可转动的密封连接，在主轴轴套(3)、两个轴套端盖(6)及第一顶尖主轴(16)之间形成主冷却液空腔(7)，主冷却液空腔(7)与第一通道(2)的所述另一个端口连通；所述第一轴承(4)、第二轴承(5)设置在主轴轴套(3)与第一顶尖主轴(16)之间，并位于两个轴套端盖(6)的内侧；
所述第一顶尖主轴(16)外部由前至后依次设置有两个定位台阶，分别为第一定位台阶、第二定位台阶；所述主轴轴套(3)的内壁由前至后依次设置有两个定位台阶，分别为第三定位台阶、第四定位台阶；第一定位台阶与第三定位台阶用于定位第二轴承(5)，第二定位台阶与第四定位台阶用于定位第一轴承(4)；
所述主轴轴套(3)上设置有第二通道(8)，第二通道(8)的一端与主冷却液空腔(7)连通，另一端用于与外部冷却液输送装置连接；
所述第二顶尖(10)包括依次连接的第二顶尖盘(11)和第二顶尖主轴(12)；所述第二顶尖主轴(12)与第一顶尖盘(17)螺纹连接；
所述第二顶尖盘(11)与第二顶尖主轴(12)沿轴向设置有贯通的第三通道(13)，且第三通道(13)与第一通道(2)连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖，其特征在于：所述两个轴套端盖(6)的内侧靠近第一顶尖主轴(16)位置均设置有环形缺口，分别在轴套端盖(6)、第一轴承(4)和第一顶尖主轴(16)之间以及在轴套端盖(6)、第二轴承(5)和第一顶尖主轴(16)之间形成两个次冷却液空腔(9)。
3.根据权利要求2所述的一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖，其特征在于：所述第一顶尖(1)还包括多个骨架密封(14)和密封圈(15)；
所述两个轴套端盖(6)分别与第一顶尖主轴(16)之间设置有骨架密封(14)；
所述两个轴套端盖(6)分别与第三定位台阶、第四定位台阶之间设置有密封圈(15)。
4.根据权利要求3所述的一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖，其特征在于：所述第一顶尖(1)的第一顶尖盘(17)与第一顶尖主轴(16)一体制成；
所述第二顶尖(10)的第二顶尖盘(11)和第二顶尖主轴(12)一体制成。
5.一种权利要求1所述的用于激光熔覆管内冷却的顶尖装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在第一顶尖主轴(16)前端套设一个轴套端盖(6)；
步骤2：将第二轴承(5)套设在第一顶尖主轴(16)上，并通过第一定位台阶定位，将其内圈与第一顶尖主轴(16)固连；
步骤3：套设主轴轴套(3)在第一顶尖主轴(16)上，并通过第三定位台阶定位，将第二轴承(5)的外圈与主轴轴套(3)固连；
步骤4：连接第一顶尖主轴(16)前端的一个轴套端盖(6)与主轴轴套(3)的右端，并使轴套端盖(6)与主轴轴套(3)及第一顶尖主轴(16)前端密封连接；
步骤5：将第一轴承(4)套设在第一顶尖主轴(16)上，并通过第一定位台阶、第三定位台阶定位，将第一轴承(4)的内圈与第一顶尖主轴(16)固连，其外圈与主轴轴套(3)固连；
步骤6：连接第一顶尖主轴(16)后端的另一个轴套端盖(6)与主轴轴套(3)的左端，并使轴套端盖(6)与主轴轴套(3)及第一顶尖主轴(16)后端密封连接；
步骤7：装配第二顶尖(10)；
将第二顶尖主轴(12)与第一顶尖(1)的顶尖盘螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖装配方法，其特征在于，步骤4中，所述使轴套端盖(6)与主轴轴套(3)及第一顶尖主轴(16)前端密封连接具体为：
在两个轴套端盖(6)的内壁上分别开设密封槽，并在密封槽中安装密封圈(15)，在第一顶尖主轴(16)前端套设骨架密封(14)，通过骨架密封(14)、密封圈(15)与第一顶尖主轴(16)前端套设的轴套端盖(6)形成密封配合体一，实现轴套端盖(6)与主轴轴套(3)及第一顶尖主轴(16)的密封连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于激光熔覆管内冷却的顶尖装配方法，其特征在于，步骤6中，所述使轴套端盖(6)与主轴轴套(3)及第一顶尖主轴(16)前端密封连接具体为：
将骨架密封(14)套设在第一顶尖主轴(16)上，通过骨架密封(14)、密封圈(15)与第一顶尖主轴(16)后端套设的轴套端盖(6)形成密封配合体二，实现轴套端盖(6)与主轴轴套(3)及第一顶尖主轴(16)的密封连接。
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