CN204603698U - 熔覆-锻造设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种熔覆-锻造设备，该设备的垂直承载机架固定安装于地面，垂直主油缸驱动活动横梁纵向运动，活动横梁上旋转工作台带动下模具旋转，纵向滑动设置于垂直承载机架上的水平承载机架上设有至少一个水平油缸和至少一个3D熔覆成形装置，3D熔覆成形装置在下模具内进行3D熔覆成形，垂直智能压头和水平智能压头分别沿纵向和水平方向伸缩设置于垂直承载机架的上半圆梁上对工件进行智能锻造，本实用新型实现了边熔覆、边锻造的新型工艺方法，能完成重型高端结构件成形制造，成形件的质量高，制造周期短，节省材料。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种重型高端结构件成形制造工艺及其成形装备，特别涉及一种熔覆-锻造一体成形工艺及其所用的熔覆-锻造设备。
背景技术
现如今，全球核电工业已进入了一个高速发展时期，为了改善能源结构，各工业发达国家和发展中国家都在积极致力于核电的发展。目前的核电产业已经发展到第三代核电技术，即采用AP1000核能电站。该核电站的装备中，其关键部件(包括压力容器、蒸汽发生器等)全部采用锻件制造。传统自由锻核电锻造工艺，由于锻造精度低，形成很大加工余量；成形能力差，大量的结构无法成形，需靠“敷料”来简化锻件，因而增加了锻件重量；更为重要的是，为保正“锻透”，保证各种自由锻工艺规范的执行，必件采用数倍于锻件重量的钢锭，材料浪费十分严重。这些关键部件不仅尺寸巨大，而且外形也较为复杂，因此这种大型锻件的制造是核电站制造中的一大难题。蒸汽发生器中的水室整体顶盖(如图1所示)，由于其尺寸巨大，外形复杂，品质要求高，现有技术制造周期长，加工成本高，效率低下。
实用新型内容
为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种熔覆-锻造设备，该熔覆-锻造设备能够完成重型高端结构件成形制造，其成形件的质量高，制造周期短，材料利用率高。
本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种熔覆-锻造设备，包括垂直承载机架、垂直主油缸、垂直智能压头、水平智能压头、旋转工作台、水平承载机架、水平油缸、水平承载机架提升油缸、下模具、活动横梁、垂向加压装置、3D熔覆成形装置、传感系统和控制系统，所述垂直承载机架固定安装于地面，垂直主油缸的缸体固定安装于垂直承载机架下半圆梁上，其活塞杆能够纵向伸缩，活动横梁能够沿纵向滑动设于垂直承载机架内，活动横梁与垂直主油缸的活塞杆相连接，旋转工作台能够绕竖直的轴转动定位于活动横梁上，下模具能够固定安装于旋转工作台上，水平承载机架纵向能够滑动套设于垂直承载机架上，水平承载机架提升油缸的缸体与垂直承载机架固连，水平承载机架提升油缸的活塞杆与水平承载机架固连，至少一个水平油缸和至少一个3D熔覆成形装置分别固定安装于水平承载机架上，水平承载机架中心形成与旋转工作台正对的镂空部，各个3D熔覆成形装置的喷头能够经该镂空部在旋转工作台上的下模具内进行工件的3D熔覆成形，垂直智能压头纵向能够伸缩固定定位于垂直承载机架的上半圆梁上，至少一个水平智能压头沿水平方向能够伸缩固定定位垂直承载机架的上半圆梁上，且各个水平智能压头恰能够与水平承载机架上各个水平油缸的活塞杆一一对应，垂向加压装 置与垂直承载机架上半圆梁固连，垂直加压装置的的活塞杆恰能够紧抵下模具内工件上端表面，各个传感系统分别安装于垂直智能压头、水平智能压头和3D熔覆成形装置上并能感应到锻件温度、压头对锻件的压力、锻件金属流动位移数据和3D熔覆成形装置的喷头与工件的位置关系并传信于控制系统，控制系统控制旋转工作台、垂直主油缸、水平油缸、水平承载机架提升油缸、垂直智能压头和水平智能压头、垂向加压装置和3D熔覆成形装置动作。
作为实用新型的进一步改进，3D熔覆成形装置包括激光熔覆喷头、熔覆机器人、激光器、送料器和冷水机，所述熔覆机器人包括沿水平承载机架径向延伸的水平悬臂、沿纵向延伸的垂直悬臂和喷头定位块，所述垂直悬臂能够沿水平悬臂延伸方向滑动定位于水平悬臂上，喷头定位块能够沿纵向升降定位于垂直悬臂上，激光熔覆喷头能够绕与水平承载机架径向垂直的水平轴旋转摆动定位于喷头定位块上，激光器和送料器分别给激光熔覆喷头提供激光和熔覆原料(粉末或丝材)，冷水机用于给激光器冷却。
作为实用新型的进一步改进，还设有上砧子固定板和上砧子，所述上砧子固定板固定安装于垂直承载机架上半圆梁上，上砧子能够固定安装于上砧子固定板上，垂直智能压头和水平智能压头分别固定安装于上砧子上。
作为实用新型的进一步改进，所述水平油缸的活塞杆端部固定安装有水平砧子。
作为实用新型的进一步改进，所述水平油缸和熔覆机器人 的数量均为四个，水平油缸和熔覆机器人分别对应均匀分布于水平承载机架上，且各个水平油缸活塞杆能够与各个水平智能压头联动保持一一同轴正对的位置状态，各个熔覆机器人的水平悬臂与对应的水平油缸轴向平行。
作为实用新型的进一步改进，所述下模具上设有加热处理装置。
作为实用新型的进一步改进，所述垂直承载机架水平承载机架均为预应力钢丝缠绕机架，水平承载机架边缘上能够拆卸设有一圈活动护栏。
作为实用新型的进一步改进，所述旋转工作台由步进系统带动，旋转工作台上工件在垂直智能压头和水平智能压头对击的间隙内进行步进旋转。
本实用新型的有益技术效果是：本实用新型将金属3D打印熔覆成形工艺(以及类似熔覆成形的3D打印工艺)和锻造工艺通过技术集成，实现了边熔覆、边锻造的新型工艺方法，其将工件分成若干份，然后逐步的在熔覆过程中实现锻造或锻造过程中实现熔覆，在一台熔覆-锻造设备上，通过熔覆-锻造(CF——Cladding-Forge)一体成形工艺，完成重型高端结构件成形制造，其成形件的质量达到并超过锻件，而制造周期缩短20～80％，材料利用率提高到70～80％。
附图说明
图1为本实用新型所述的熔覆-锻造设备结构原理图；
图2为本实用新型的上砧子及其上的垂直和水平智能压 头结构图；
图3为本实用新型的水平承载机架立体图；
图4为本实用新型所加工的核电深封头截面图；
图5为本实用新型所加工的封头底部熔覆成形过程示意图；
图6为本实用新型所加工的封头底部锻造过程主视图；
图7为本实用新型所加工的封头底部锻造过程立体图；
图8为本实用新型所加工的封头圆筒壁熔覆成形过程示意图；
图9为本实用新型所加工的封头圆筒壁锻造过程示意图。
具体实施方式
实施例：一种熔覆-锻造设备，包括垂直承载机架1、垂直主油缸2、垂直智能压头3、水平智能压头4、旋转工作台5、水平承载机架6、水平油缸7、水平承载机架提升油缸8、下模具9、活动横梁13、垂向加压装置14、3D熔覆成形装置、传感系统和控制系统，所述垂直承载机架1固定安装于地面，垂直主油缸2的缸体固定安装于垂直承载机架1下半圆梁上，其活塞杆能够纵向伸缩，活动横梁13能够沿纵向滑动设于垂直承载机架1内，活动横梁13与垂直主油缸2的活塞杆相连接，旋转工作台5能够绕竖直的轴转动定位于活动横梁13上，下模具9能够固定安装于旋转工作台5上，水平承载机架6纵向能够滑动套设于垂直承载机架1上，水平承载机架提升油缸8的缸体与垂直承载机架1固连，水平承载机架提升油缸8 的活塞杆与水平承载机架6固连，至少一个水平油缸7和至少一个3D熔覆成形装置分别固定安装于水平承载机架6上，水平承载机架6中心形成与旋转工作台5正对的镂空部，各个3D熔覆成形装置的喷头能够经该镂空部在旋转工作台5上的下模具9内进行工件12的3D熔覆成形，垂直智能压头3纵向能够伸缩固定定位于垂直承载机架1的上半圆梁上，至少一个水平智能压头4沿水平方向能够伸缩固定定位垂直承载机架1的上半圆梁上，且各个水平智能压头4恰能够与水平承载机架6上各个水平油缸7的活塞杆一一对应，垂向加压装置14与垂直承载机架1上半圆梁固连，垂直加压装置的的活塞杆恰能够紧抵下模具9内工件12上端表面，各个传感系统分别安装于垂直智能压头3、水平智能压头4和3D熔覆成形装置上并能感应到锻件温度、压头对锻件的压力、锻件金属流动位移数据和3D熔覆成形装置的喷头与工件12的位置关系并传信于控制系统，控制系统控制旋转工作台5、垂直主油缸2、水平油缸7、水平承载机架提升油缸8、垂直智能压头3和水平智能压头4、垂向加压装置14和3D熔覆成形装置动作。
下面以核电深封头的成形加工为例，详述采用激光熔覆-锻造设备进行熔覆-锻造一体成形工艺的工艺过程：
首先将垂直主油缸2和水平承载机架6定位于各自的下限位点，将壳状基底放置于下模具9中。开启旋转工作台5，带动下模具9与基底慢速均匀自转。操控熔覆机器人16，使激光熔覆喷头15悬置于壳状基底中心上方的适当高度。开启激光器17、送料器18和冷水机19，根据封头坯料的三维数据模 型和在成形预处理软件中添加的支撑，喷头以基底中心为平面极坐标原点，随着基底匀速自转，在径向上逐步扫描成形区域。首先在基底上熔覆出一定厚度的网格状支撑。然后以上述的相同步骤在网格状支撑的基础上成形封头底部。在成形过程中，通过传感系统和控制系统来反馈调节喷嘴与基底上表面的距离与角度，实现智能控制成形。
待完成底部封头的成形，熔覆机器人16驱动水平悬臂和喷头向外移出成形区域，旋转工作台5暂停旋转，垂直主油缸2上行推动活动横梁13带动下模具9和底部封头坯料与垂直智能压头3多次压制已成形的底部封头坯料(在每两次压制的间隙，旋转工作台5步进转动一个角度)，使得工件12(核电深封头)坯料的底部的材料塑性变形均匀地往边上流动。
完成垂向对击后，垂直油缸回程至下限位点，通过控制水平承载机架6和熔覆机器人16将喷头移回成形区域，旋转工作台5恢复慢速均匀自转的工况，开启激光熔覆喷头15，在底部封头的基础上逐圈逐层地成形圆筒壁。
待成形出一定高度的圆筒壁后，向外移出熔覆机器人16的水平悬臂和喷头，垂直主油缸2上行推动活动横梁13带动下模具9和工件12(核电封头)坯料。调整水平承载机架提升油缸8，使水平油缸7与水平压头同轴。垂向加压装置14的四个活塞杆下行顶住圆筒壁顶面。
水平智能压头4伸出与水平油缸7所带的砧具对压。旋转工作台5带动下模具9与工件12(核电封头)坯料在水平对击的间隙进行步进旋转。同时，垂直方向加压装置略微收起方 便工件12(核电封头)步进旋转，待完成步进旋转后，柱塞再次下行顶住圆筒壁顶面。上砧子11带有的垂直智能压头3(可伸缩)与水平智能压头4(可伸缩)装有传感系统，电控系统根椐传感系统所采集的数据进行分析实时调整垂直主油缸2和水平油缸7的压力，使工件12(核电封头)坯料被压实变薄达到所需要的内部组织与形状。
之后每成形一定高度的圆筒壁便重复上述的工艺过程加工该段圆筒壁直至完成整个封头的熔覆成形和锻压加工。
加工完成后由水平机架提升油缸带动水平承载机架6下行至下限位点，垂向加压装置14的四个柱塞向上收回，垂直主油缸2上推至合适的高度，移出熔覆机器人16的水平悬臂，将完成的工件12(核电封头连同球壳基底)与上砧子11一起移出压机，水平智能压头4(可伸缩)缩回，卸下工件12(核电封头)进行后续加工。)
所述3D熔覆成形装置包括激光熔覆喷头15、熔覆机器人16、激光器17、送料器18和冷水机19，所述熔覆机器人16包括沿水平承载机架6径向延伸的水平悬臂、沿纵向延伸的垂直悬臂和喷头定位块，所述垂直悬臂能够沿水平悬臂延伸方向滑动定位于水平悬臂上，喷头定位块能够沿纵向升降定位于垂直悬臂上，激光熔覆喷头15能够绕与水平承载机架6径向垂直的水平轴旋转摆动定位于喷头定位块上，激光器17和送料器18分别给激光熔覆喷头15提供激光和熔覆原料(粉末或丝材)，冷水机19用于给激光器17冷却。
还设有上砧子11固定板10和上砧子11，所述上砧子11 固定板10固定安装于垂直承载机架1上半圆梁上，上砧子11能够固定安装于上砧子11固定板10上，垂直智能压头3和水平智能压头4分别固定安装于上砧子11上，通过上砧子11实现垂直智能压头3和水平智能压头4的定位，使得设备通用性更高，可以根据工件12形状设置不同的垂直智能压头3和水平智能压头4，完成锻压的工件12(核电深封头留在上砧子11上，可将完成的工件12(核电深封头)与上砧子11一起移出压机，方便工件12的拆卸。
所述水平油缸7的活塞杆端部固定安装有水平砧子，水平智能压头4伸出与水平油缸7所带的水平砧子对击，使得工件12(核电深封头)坯料周围的材料向上流动，保证工件12坯料周围材料流动方向准确，具有可控性。
所述水平油缸7和熔覆机器人16的数量均为四个，水平油缸7和熔覆机器人16分别对应均匀分布于水平承载机架6上，且各个水平油缸7活塞杆能够与各个水平智能压头4联动保持一一同轴正对的位置状态，各个熔覆机器人16的水平悬臂与对应的水平油缸7轴向平行，保证水平智能压头4与水平油缸7同轴正对，对工件12坯料进行充分有效的挤压成型，熔覆机器人16的水平悬臂与水平油缸7轴向平行可以使材料在熔覆成形时与后续锻造挤压时保持方向一致，提高工件12质量。
所述下模具9上设有加热处理装置，用于对基底预热，成形工件12时也可对工件12进行热处理。
所述垂直承载机架1水平承载机架6均为预应力钢丝缠绕 机架，水平承载机架6边缘上能够拆卸设有一圈活动护栏，其用于保护水平承载机架6上的各个设备，工件12完成后，可以将活动护栏移开，将工件12与上砧子11一起移出压机。
所述旋转工作台5由步进系统带动，旋转工作台上工件12在垂直智能压头3和水平智能压头4对击的间隙内进行步进旋转。
Claims (8)
1.一种熔覆-锻造设备，其特征在于：包括垂直承载机架(1)、垂直主油缸(2)、垂直智能压头(3)、水平智能压头(4)、旋转工作台(5)、水平承载机架(6)、水平油缸(7)、水平承载机架提升油缸(8)、下模具(9)、活动横梁(13)、垂向加压装置(14)、3D熔覆成形装置、传感系统和控制系统，所述垂直承载机架固定安装于地面，垂直主油缸的缸体固定安装于垂直承载机架下半圆梁上，其活塞杆能够纵向伸缩，活动横梁能够沿纵向滑动设于垂直承载机架内，活动横梁与垂直主油缸的活塞杆相连接，旋转工作台能够绕竖直的轴转动定位于活动横梁上，下模具能够固定安装于旋转工作台上，水平承载机架纵向能够滑动套设于垂直承载机架上，水平承载机架提升油缸的缸体与垂直承载机架固连，水平承载机架提升油缸的活塞杆与水平承载机架固连，至少一个水平油缸和至少一个3D熔覆成形装置分别固定安装于水平承载机架上，水平承载机架中心形成与旋转工作台正对的镂空部，各个3D熔覆成形装置的喷头能够经该镂空部在旋转工作台上的下模具内进行工件(12)的3D熔覆成形，垂直智能压头纵向能够伸缩固定定位于垂直承载机架的上半圆梁上，至少一个水平智能压头沿水平方向能够伸缩固定定位垂直承载机架的上半圆梁上，且各个水平智能压头恰能够与水平承载机架上各个水平油缸的活塞杆一一对应，垂向加压装置与垂直承载机架上半圆梁固连，垂直加压装置的的活塞杆恰能够紧抵下模具内工件上端表面，各个传感系统分别安装于垂直智能压头、水平智能压头和3D熔覆成形装 置上并能感应到锻件温度、压头对锻件的压力、锻件金属流动位移数据和3D熔覆成形装置的喷头与工件的位置关系并传信于控制系统，控制系统控制旋转工作台、垂直主油缸、水平油缸、水平承载机架提升油缸、垂直智能压头和水平智能压头、垂向加压装置和3D熔覆成形装置动作。
2.如权利要求1所述的熔覆-锻造设备，其特征是：3D熔覆成形装置包括激光熔覆喷头(15)、熔覆机器人(16)、激光器(17)、送料器(18)和冷水机(19)，所述熔覆机器人包括沿水平承载机架径向延伸的水平悬臂、沿纵向延伸的垂直悬臂和喷头定位块，所述垂直悬臂能够沿水平悬臂延伸方向滑动定位于水平悬臂上，喷头定位块能够沿纵向升降定位于垂直悬臂上，激光熔覆喷头能够绕与水平承载机架径向垂直的水平轴旋转摆动定位于喷头定位块上，激光器和送料器分别给激光熔覆喷头提供激光和熔覆原料，冷水机用于给激光器冷却。
3.如权利要求1或2所述的熔覆-锻造设备，其特征是：还设有上砧子固定板(10)和上砧子(11)，所述上砧子固定板固定安装于垂直承载机架上半圆梁上，上砧子能够固定安装于上砧子固定板上，垂直智能压头和水平智能压头分别固定安装于上砧子上。
4.如权利要求1所述的熔覆-锻造设备，其特征是：所述水平油缸的活塞杆端部固定安装有水平砧子。
5.如权利要求2所述的熔覆-锻造设备，其特征是：所述水平油缸和熔覆机器人的数量均为四个，水平油缸和熔覆机器人分别对应均匀分布于水平承载机架上，且各个水平油缸活塞 杆能够与各个水平智能压头联动保持一一同轴正对的位置状态，各个熔覆机器人的水平悬臂与对应的水平油缸轴向平行。
6.如权利要求1所述的熔覆-锻造设备，其特征是：所述下模具上设有加热处理装置。
7.如权利要求1所述的熔覆-锻造设备，其特征是：所述垂直承载机架水平承载机架均为预应力钢丝缠绕机架，水平承载机架边缘上能够拆卸设有一圈活动护栏。
8.如权利要求1所述的熔覆-锻造设备，其特征是：所述旋转工作台由步进系统带动，旋转工作台上工件在垂直智能压头和水平智能压头(4)对击的间隙内进行步进旋转。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20150902 Effective date of abandoning: 20170405 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |