CN201257573Y

CN201257573Y - 用于激光制备、加工与成形金属材料的惰性气氛保护箱

Info

Publication number: CN201257573Y
Application number: CN 200820108437
Authority: CN
Inventors: 席明哲; 张永忠; 石力开; 徐骏; 郭宏
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2018-05-30

Abstract

本实用新型属于冶金机械领域，特别涉及一种用于激光制备、加工与成形金属材料的惰性气氛保护箱。箱体外圆周壁开有7个法兰孔，第一法兰孔位于箱体顶部的中心位置；第二法兰孔位于箱体的右侧下部，其轴线与数控机床的X轴平行；第三法兰孔位于箱体的后侧下部，并与第二法兰孔处于同一水平面，其轴线与数控机床的Y轴平行；第四法兰孔位于箱体的左侧中下部，其轴线与数控机床X轴平行；第五法兰孔位于箱体后侧上部；第六法兰孔位于箱体前侧正中；第七法兰孔位于箱体前侧偏右。箱体可根据所加工的零件尺寸形状进行有针对性的设计，设计灵活，尺寸小；消耗的惰性气体少，运行成本低；保护效果好、造价低。

Description

用于激光制备、加工与成形金属材料的惰性气氛保护箱

技术领域

本实用新型属于冶金机械领域，特别涉及一种用于激光制备、加工与成形金属材料的惰性气氛保护箱。

背景技术：

在金属材料激光制备、加工与零件成形过程中，如果激光材料制备、加工与零件成形环境气氛中的氧含量得不到很好控制(氧含量需控制在100PPm以下)，激光熔池中的高温熔体会与环境气氛中的氧气发生化学反应或活性氧原子扩散进入金属材料晶格，使激光制备、加工的金属材料中夹带有金属氧化物或金属材料的含氧量增加，极大影响激光制备、加工材料与成形零件的力学性能。如TC4合金的含氧量不超过0.2％时(重量百分比)，其延伸率为8-12％，随着含氧量的增加，TC4合金的抗拉强度明显升高，拉伸塑性和断裂韧度急剧下降，实验结果表明，当激光快速成形TC4合金零件的含氧量达0.33％时，在拉伸力学实验中，表现为脆性断裂。因此，良好的环境气氛(氧含量<100PPm)，对于在先进工业和国防装备有重要应用价值金属材料的激光制备、加工与成形过程中是至关重要的必要条件。

目前用于金属材料激光制备、加工与成形的惰性气氛保护箱，主要有以下两种工作形式：

(1)整个激光数控加工机床置入惰性气氛保护箱中，成形基板或待加工工件固定在激光数控加工机床上，以常规方式进行加工，实现金属材料的激光制备、加工或复杂金属零件的激光快速成形。这种形式惰性气氛保护箱先进行预抽真空，然后充入惰性气体，箱体内惰性气氛中的氧含量可以控制到很低，因而，具有很好的保护效果。但这种惰性气氛保护箱有以下明显缺点：当成形、加工较大尺寸零件时，惰性气氛保护箱尺寸也要求很大，因此这种惰性气氛保护箱加工、制造要求很高，造价昂贵；同时，该惰性气氛保护箱需消耗大量的惰性气体以保持箱内的惰性气氛，运行成本高。

(2)惰性气氛保护箱的箱体置于激光数控加工机床平台上，以水平滑动动密封形式，在激光数控加工机床带动下，做相对于固定的箱盖的水平滑动运动，同时，带动置于箱体内的成形基板或待加工工件做相对于激光焦点光斑的水平运动，从而实现金属材料的激光制备、加工或复杂金属零件的激光快速成形。工作前，先向箱内充入惰性气体，惰性气体相对于空气较重，下沉于箱体底部，将空气逐渐排出箱体，最终使箱体内充满惰性气体；工作时仍需不断充入惰性气体，以保持箱体内的微正压气氛环境。这种惰性气氛保护箱的优点是：尺寸设计灵活、体积小，造价低，但明显的缺点是：工作成本较高，保护效果不尽如人意。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于激光制备、加工与成形金属材料的惰性气氛保护箱，其特征在于：在箱体1顶部的中心位置设置第一法兰孔2，箱体1外圆周壁开有6个法兰孔，第二法兰孔3位于箱体1的右侧下部，其轴线与数控机床的X轴平行；第三法兰孔4位于箱体1的后侧下部，并与第二法兰孔3处于同一水平面，其轴线与数控机床的Y轴平行；第四法兰孔5位于箱体1的左侧中下部，其轴线与数控机床X轴平行；第五法兰孔6位于箱体1后侧上部；第六法兰孔7位于箱体1前侧正中；第七法兰孔8位于箱体1前侧偏右。

所述第一法兰孔2上设有12个快接插孔9。

所述第五法兰孔6上设有两个快接插孔。

所述第六法兰孔7上安装有门，门与第六法兰孔7间有密封胶条。

该实用新型的有益效果是：箱体可根据所加工的零件尺寸形状进行有针对性的设计，设计灵活，尺寸小，造价低；对箱体抽真空后充入惰性气体，至箱体内的压力略微呈现正压时停止充气，所消耗的惰性气体少，运行成本低；箱体密封好，有极佳的保护效果。

附图说明

图1是使用本实用新型的数控机床系统示意图。

图2是惰性气氛保护箱的主视图。

图3是惰性气氛保护箱的左视图。

图4是惰性气氛保护箱的俯视图。

图中标号；

1-箱体；2-第一法兰孔2；3-第二法兰孔3；4-第三法兰孔4；5-第四法兰孔5；

6-第五法兰孔6；7-第六法兰孔7；8-第七法兰孔8；9-快接插孔；

10-数控机床；11-运动小平台；12-支架。

具体实施方式

本实用新型提供了一种用于激光制备、加工与成形金属材料的惰性气氛保护箱，下面结合附图和实施例来对本实用新型进行进一步说明。

图1为使用本实用新型的数控机床系统示意图。圆柱形箱体1被固定在一个水平及高度可调的支架12上，横跨在数控机床的床面上；在第一法兰孔2内插有可沿Z轴方向做往复运动的激光竖直导光筒，激光竖直导光筒下端安装有激光聚焦镜镜座和送粉头，第一法兰孔2上的12个快接插孔9，插有冷却水管、气管和粉管，用来对激光聚焦镜进行冷却、对送粉头输送保护气和粉末；箱体1内放置一运动小平台；在第二法兰孔3内插入可在X方向做往复运动的水平连杆，在第三法兰孔4内插入可在Y方向做往复运动的水平连杆，两根水平连杆的一端与数控机床10连接，另一端与运动小平台相连接，用来带动运动小平台11在水平方向的运动；在第四法兰孔5内插有可以绕X轴转动及沿X轴方向运动的水平连杆，用来带动棒状基材旋转及沿X方向水平运动，可以对转体零件进行激光加工、成形；第五法兰孔6上的抽气孔连接到真空泵，输气孔连接到惰性气体容器。

本实用新型的工作流程为：打开第六法兰孔7的门，将成形基板或待加工工件用工装卡具固定到运动小平台11上；关闭第六法兰孔7，使箱体1成为密封环境，打开真空泵，从第五法兰孔6的抽气孔对箱体1抽真空，当箱体内的压力降低到10^-1Pa时，停止抽真空并从第五法兰孔6的输气孔向箱体1内充入Ar气，至箱体1内的压力略微呈现正压时停止输气；设定数控机床运动轨迹及运动线速度，数控机床将通过各连杆带动运动小平台11及固定于其上的工件按照预设轨迹运动；打开激光器，调整好激光功率，在激光的作用下，运动小平台11上的成形基板或待加工工件表面激光作用处，将产生激光熔池，与此同时，将金属粉末送入激光熔池内，随着运动小平台11的运动，成形基板或待加工工件也将做相对于激光焦点光斑的运动，激光焦点光斑离开后，激光熔池中的熔体凝固，加工完一层后，激光竖直导光筒带动激光聚焦镜和送粉头沿Z轴向上运动一个很小距离，如此反复，就可以实现金属材料激光制备、加工与复杂零件的成形；当激光加工、成形回转体零件时，数控机床的转盘和数控机床的X轴带动第四法兰孔5中的水平连杆做绕X轴及沿X方向运动，由此，带动与水平连杆相连的棒状基材旋转或沿X方向运动，激光加工完一层后，激光头和送粉头在激光竖直导光筒的带动下，沿Z轴向上运动一个很小距离，如此反复，可用来激光加工、成形回转体零件；从第七法兰孔8可以观察工件的加工情况。

Claims

1.本实用新型提供一种用于激光制备、加工与成形金属材料的惰性气氛保护箱，其特征在于：在箱体(1)顶部的中心位置设置第一法兰孔(2)，箱体(1)外圆周壁开有6个法兰孔，第二法兰孔(3)位于箱体(1)的右侧下部，其轴线与数控机床的X轴平行；第三法兰孔(4)位于箱体(1)的后侧下部，并与第二法兰孔(3)处于同一水平面，其轴线与数控机床的Y轴平行；第四法兰孔(5)位于箱体(1)的左侧中下部，其轴线与数控机床X轴平行；第五法兰孔(6)位于箱体(1)后侧上部；第六法兰孔(7)位于箱体(1)前侧正中；第七法兰孔(8)位于箱体(1)前侧偏右。

2.根据权利要求1所述用于金属材料激光制备、加工与成形的惰性气氛保护箱，其特征在于：所述第一法兰孔(2)上设有12个快接插孔(9)。

3.根据权利要求1所述用于金属材料激光制备、加工与成形的惰性气氛保护箱，其特征在于：所述第五法兰孔(6)上设有两个快接插孔。

4.根据权利要求1所述用于金属材料激光制备、加工与成形的惰性气氛保护箱，其特征在于：所述第六法兰孔(7)上安装有门，门与第六法兰孔(7)间有密封胶条。