CN207109087U - 基于激光熔覆的注塑模具修复系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及模具修复设备技术领域，特指基于激光熔覆的注塑模具修复系统，包括有控制器、计算机、工业机器人、激光头、激光发生器、喷嘴、送粉器、三坐标测量仪，三坐标测量仪、控制器分别与计算机电连接，工业机器人、激光发生器和送粉器分别与控制器电连接，激光发生器通过光纤连接激光头，送粉器通过管道连接喷嘴，喷嘴同轴设置在激光头底部，本实用新型能够缩短修复时间，提高修复质量，修复效率高，成本低，加工表面光洁，修复层与基体之间为冶金结合，易于实现机械自动控制，以及修复能力不受模具损坏度限制。
Description
技术领域：
本实用新型涉及模具修复设备技术领域，特指基于激光熔覆的注塑模具修复系统。
背景技术：
目前，模具可采用的修复技术有电镀、电弧或火焰堆焊、热喷涂(火焰、等离子)等。电镀层一般很薄，不超过0.03mm，而且与基体结合差，形状损坏部位难于修复；在堆焊、热喷涂或喷焊时，热量注人大，能量不集中，模具热影响区大，易畸变甚至开裂，喷涂层稀释率大，降低了基体和材料的性能，修复部位与模具的基体的结合很难达到原来模具的要求。
实用新型内容：
本实用新型的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种能够实现大型模具的现场修复、缩短修复时间、提高修复质量的基于激光熔覆的注塑模具修复系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：基于激光熔覆的注塑模具修复系统，包括有控制器、计算机、工业机器人、安装在工业机器人上的激光头、激光发生器、用于喷出金属粉末的喷嘴、为喷嘴提供金属粉末的送粉器、三坐标测量仪，激光头、喷嘴和三坐标测量仪均位于待修复模具上方，三坐标测量仪、控制器分别与计算机电连接，工业机器人、激光发生器和送粉器分别与控制器电连接，激光发生器通过光纤连接激光头，送粉器通过管道连接喷嘴，喷嘴同轴设置在激光头底部。
所述激光头包括有支撑座、锥形反射扩散镜、反射聚焦组件，支撑座底部开口的中空结构，支撑座顶部轴心处开设有与内腔连通的激光入射口，反射聚焦组件呈环形设置在支撑座内腔顶部的侧壁上，反射聚焦组件的内侧壁形成反射聚焦面和反射面，反射面位于反射聚焦面下端并与反射聚焦面衔接，锥形反射扩散镜设置在支撑座内腔中轴心处，光束由激光入射口射入后经过锥形反射扩散镜反射并扩束，再经过反射聚焦组件反射并聚光，最后在待修复模具上形成聚焦光斑。
所述锥形反射扩散镜通过支撑架固定在支撑座上，喷嘴固定在支撑架底部，喷嘴设置在支撑座轴心处。
所述反射聚焦面和反射面均呈向外拱起的弧形结构，反射聚焦面和反射面的弧度不相同。
所述激光发生器为Nd.YAG激光器。
所述激光发生器的波长为1064nm。
所述工业机器人为6轴全关节型机器人。
本实用新型有益效果在于：本实用新型提供的基于激光熔覆的注塑模具修复系统，包括有控制器、计算机、工业机器人、安装在工业机器人上的激光头、激光发生器、用于喷出金属粉末的喷嘴、为喷嘴提供金属粉末的送粉器、三坐标测量仪，激光头、喷嘴和三坐标测量仪均位于待修复模具上方，三坐标测量仪、控制器分别与计算机电连接，工业机器人、激光发生器和送粉器分别与控制器电连接，激光发生器通过光纤连接激光头，送粉器通过管道连接喷嘴，喷嘴同轴设置在激光头底部，本实用新型先通过计算机分析优化激光熔覆工艺参数，通过三坐标测量仪扫描模具的型腔表面，传给计算机创建受损部位的三维实体模型，计算机通过分层软件对三维实体模型进行分层，得到STL文件，通过优化后的激光熔覆工艺参数有关的数据，再根据STL文件，生成每层的加工路径、CNC代码；计算机根据每层的加工路径、CNC代码控制送粉器、工业机器人和激光发生器实施模具修复，缩短修复时间，提高修复质量，修复效率高，成本低，加工表面光洁，修复层与基体之间为冶金结合，易于实现机械自动控制，以及修复能力不受模具损坏度限制。
并且本实用新型采用多自由度的工业机器人，其体积小、可编程、灵活方便，自由度大，可以很大范围内伸向所需修复的任意部位，在狭小的空间中完成对复杂结构的激光修复，能够在程序控制下对大型模具复杂型面进行现场修复。
附图说明：
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用激光头的剖面图。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，见图1～2所示，本实用新型包括有控制器1、计算机2、工业机器人3、安装在工业机器人3上的激光头4、激光发生器5、用于喷出金属粉末的喷嘴6、为喷嘴6提供金属粉末的送粉器7、三坐标测量仪8，激光头4、喷嘴6和三坐标测量仪8均位于待修复模具9上方，三坐标测量仪8、控制器1分别与计算机2电连接，工业机器人3、激光发生器5和送粉器7分别与控制器1电连接，激光发生器5通过光纤51连接激光头4，送粉器7通过管道连接喷嘴6，喷嘴6同轴设置在激光头4底部。
激光头4包括有支撑座41、锥形反射扩散镜42、反射聚焦组件43，支撑座41底部开口的中空结构，支撑座41顶部轴心处开设有与内腔连通的激光入射口411，反射聚焦组件43呈环形设置在支撑座41内腔顶部的侧壁上，反射聚焦组件43的内侧壁形成反射聚焦面431和反射面432，反射面432位于反射聚焦面431下端并与反射聚焦面431衔接，锥形反射扩散镜42设置在支撑座41内腔中轴心处，光束由激光入射口411射入后经过锥形反射扩散镜42反射并扩束，再经过反射聚焦组件43反射并聚光，最后在待修复模具9上形成聚焦光斑。锥形反射扩散镜42通过支撑架44固定在支撑座41上，喷嘴6固定在支撑架44底部，喷嘴6设置在支撑座41轴心处。
其中，锥形反射扩散镜42将入射光束扩束并沿该锥形反射扩散镜42的圆周方向上反射以形成反射光束；反射聚焦面431接收部分反射光束再反射形成聚焦光束，至模具上形成聚焦光斑，以熔化位于聚焦光斑内的被熔覆材料，进而在模具上形成熔池；反射面432接收部分反射光束再反射形成预热光束，预热光束对位于模具上方的被熔覆材料预热，同时预热光束对模具进行预热和缓冷，可以实现同时熔覆和预热两种工艺，能够提高熔覆效率。
反射聚焦面431和反射面432均呈向外拱起的弧形结构，反射聚焦面431和反射面432的弧度不相同，从而分别产生聚焦光束和预热光束。
工业机器人3为多自由度的6轴全关节型机器人，其体积小、可编程、灵活方便，自由度大，可以很大范围内伸向所需修复的任意部位，在狭小的空间中完成对复杂结构的激光修复，能够在程序控制下对大型模具复杂型面进行现场修复。
激光发生器5为Nd.YAG激光器，激光发生器5的波长为1064nm。主要激光工艺参数范围为平均功率350w，最大输出功率450w。激光脉冲频率0.1-100HZ,激光脉冲宽度为0.3-20ms,输出能量80J。
利用本实用新型修复系统修复模具的方法为：
一、先通过计算机2分析优化激光熔覆工艺参数。
1、确定优化目标的工艺参数：本实施例的待修复模具选取p20H模具钢为基材，Fe90为熔覆粉末进行熔覆，以电流、脉宽、频率、离焦量、加工速度为变量组成25组实验，以成形系数、稀释率、缺陷比率为优化目标的激光熔覆工艺参数。
2、分析优化工艺参数：用Kriging方法建立各质量目标与工艺参数的数学模型，并采用NSGA-Ⅱ(非支配排序遗传算法II)遗传算法优化多目标的Pareto解集，在Pareto解集寻求满足设计要求的最优解，实现激光熔覆质量的多目标优化。
3、通过三坐标测量仪8扫描模具的型腔表面，传给计算机2创建受损部位的三维实体模型，计算机2通过分层软件对三维实体模型进行分层，得到STL文件，通过优化后的激光熔覆工艺参数有关的数据，再根据STL文件，生成每层的加工路径、CNC代码。
4、计算机2根据每层的加工路径、CNC代码控制送粉器7、工业机器人3和激光发生器5对模具实施修复。
修复后的模具用着色发、金相、EDS发进行检测裂纹、组织成分。金相分析：熔覆层内组织致密、无缺陷，与基体呈冶金结合，交界处有一白亮层，呈冶金结合。紧靠白亮层的熔覆层底部生成方向性明显的柱状晶。熔覆层硬度比基体提高2.5倍。EDS分析：熔覆层组织为球状，研究表面球状组织耐磨性较好。
采用本实用新型修复模具能够缩短修复时间，提高修复质量，修复效率高，成本低，加工表面光洁，修复层与基体之间为冶金结合，易于实现机械自动控制，以及修复能力不受模具损坏度限制。
当然，以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。
Claims (7)
1.基于激光熔覆的注塑模具修复系统，其特征在于：包括有控制器(1)、计算机(2)、工业机器人(3)、安装在工业机器人(3)上的激光头(4)、激光发生器(5)、用于喷出金属粉末的喷嘴(6)、为喷嘴(6)提供金属粉末的送粉器(7)、三坐标测量仪(8)，激光头(4)、喷嘴(6)和三坐标测量仪(8)均位于待修复模具上方，三坐标测量仪(8)、控制器(1)分别与计算机(2)电连接，工业机器人(3)、激光发生器(5)和送粉器(7)分别与控制器(1)电连接，激光发生器(5)通过光纤(51)连接激光头(4)，送粉器(7)通过管道连接喷嘴(6)，喷嘴(6)同轴设置在激光头(4)底部。
2.根据权利要求1所述的基于激光熔覆的注塑模具修复系统，其特征在于：所述激光头(4)包括有支撑座(41)、锥形反射扩散镜(42)、反射聚焦组件(43)，支撑座(41)底部开口的中空结构，支撑座(41)顶部轴心处开设有与内腔连通的激光入射口(411)，反射聚焦组件(43)呈环形设置在支撑座(41)内腔顶部的侧壁上，反射聚焦组件(43)的内侧壁形成反射聚焦面(431)和反射面(432)，反射面(432)位于反射聚焦面(431)下端并与反射聚焦面(431)衔接，锥形反射扩散镜(42)设置在支撑座(41)内腔中轴心处，光束由激光入射口(411)射入后经过锥形反射扩散镜(42)反射并扩束，再经过反射聚焦组件(43)反射并聚光，最后在待修复模具上形成聚焦光斑。
3.根据权利要求2所述的基于激光熔覆的注塑模具修复系统，其特征在于：所述锥形反射扩散镜(42)通过支撑架(44)固定在支撑座(41)上，喷嘴(6)固定在支撑架(44)底部，喷嘴(6)设置在支撑座(41)轴心处。
4.根据权利要求2所述的基于激光熔覆的注塑模具修复系统，其特征在于：所述反射聚焦面(431)和反射面(432)均呈向外拱起的弧形结构，反射聚焦面(431)和反射面(432)的弧度不相同。
5.根据权利要求1所述的基于激光熔覆的注塑模具修复系统，其特征在于：所述激光发生器(5)为Nd.YAG激光器。
6.根据权利要求5所述的基于激光熔覆的注塑模具修复系统，其特征在于：所述激光发生器(5)的波长为1064nm。
7.根据权利要求1所述的基于激光熔覆的注塑模具修复系统，其特征在于：所述工业机器人(3)为6轴全关节型机器人。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721141253.6U CN207109087U (zh) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | 基于激光熔覆的注塑模具修复系统 |
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| CN201721141253.6U CN207109087U (zh) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | 基于激光熔覆的注塑模具修复系统 |
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| CN201721141253.6U Active CN207109087U (zh) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | 基于激光熔覆的注塑模具修复系统 |
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| CN (1) | CN207109087U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108838517A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-11-20 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种激光除锈和激光熔覆的装置、方法及系统 |
| CN111364038A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-07-03 | 芜湖舍达激光科技有限公司 | 一种激光熔覆机模具修复装置 |
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