【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于快速成型
，尤其是涉及一种火车轮等离子3D快速成型再制造设备及方法。
技术介绍
火车轮轮缘在火车运行中，特别是拐弯时容易发生磨损；当火车轮轮缘磨损到一定程度后不能保证火车的稳定运行，使火车轮对整体报废，更换新的火车轮对。为了降低成本，提高资源利用率，目前有采用堆焊方法对尺寸超差的火车轮轮缘进行再制造。采用堆焊方法制造火车轮轮缘时，主要存在以下三方面问题：第一、堆焊需要对火车轮进行预热和后续热处理，这就需要将火车轮从火车轮对上拆卸下来，由于车轮和轴的装备是通过将车轮加热产生膨胀，然后套入轴，冷却后收缩牢固地结合在一起，因此，车轮和轴的拆卸过程复杂且必须采用专用工具，拆卸成本高，同时，拆卸和再次装配不可避免会对火车轮对的可靠性产生影响；第二、堆焊需要对火车轮进行预热和后续热处理，需要将轴承从轴上拆卸下来，轴承的拆卸过程复杂且必须采用专用工具，拆卸成本高；第三、堆焊需要对火车轮进行预热和后续热处理，拆卸车轮和轴承，制造过程复杂、所需时间长，堆焊轮缘效率低。另外，与铁轨滚动摩擦过程中，火车轮轮面也会发生磨损，同时铁轨上的异物也会加速轮面磨损，如产生凹坑等。运行一段时间后，需要将轮面车削至光滑状态，数次车削后，轮面过薄导致火车轮对彻底报废，造成资源大量浪费。为增大火车轮的使用年限，一般在火车轮的轮毂上布设一层耐磨层，该耐磨层为轮面面层，火车轮的轮面为该轮面面层的外表面。经数次车削...
【技术保护点】
一种火车轮等离子3D快速成型再制造设备，其特征在于：由监控系统、等离子束流加工系统、对待修复火车轮进行机加工的机加工装置(27)、带动机加工装置(27)进行移动的三轴移动机构(28)和供待修复火车轮放置的水平打印台组成；所述水平打印台包括水平支撑机构(16)和固定安装在水平支撑机构(16)上且带动所述待修复火车轮绕其轮轴(3‑1)的中心轴线进行旋转的水平旋转机构(4)，所述水平旋转机构(4)位于水平支撑机构(16)上方，所述轮轴(3‑1)呈水平布设且其安装于水平旋转机构(4)上；所述机加工装置(27)安装在三轴移动机构(28)上且其位于水平旋转机构(4)上方；所述等离子束流加工系统由安装有喷头且用于产生等离子束的等离子体发生器、为所述等离子体发生器提供工作气体的供气装置(1)、用于连续送出打印材料的送料装置和对打印位置进行调整的打印位置调整装置组成，所述等离子体发生器和所述送料装置均位于水平旋转机构(4)上方，所述送料装置位于所述等离子体发生器一侧；所述供气装置(1)通过供气管(5)与所述等离子体发生器上所开的进气口连接；所述打印位置调整装置包括带动所述等离子体发生器与所述送料装置同步...
【技术特征摘要】
1.一种火车轮等离子3D快速成型再制造设备，其特征在于：由监控
系统、等离子束流加工系统、对待修复火车轮进行机加工的机加工装置
(27)、带动机加工装置(27)进行移动的三轴移动机构(28)和供待修
复火车轮放置的水平打印台组成；所述水平打印台包括水平支撑机构(16)
和固定安装在水平支撑机构(16)上且带动所述待修复火车轮绕其轮轴
(3-1)的中心轴线进行旋转的水平旋转机构(4)，所述水平旋转机构(4)
位于水平支撑机构(16)上方，所述轮轴(3-1)呈水平布设且其安装于
水平旋转机构(4)上；所述机加工装置(27)安装在三轴移动机构(28)
上且其位于水平旋转机构(4)上方；
所述等离子束流加工系统由安装有喷头且用于产生等离子束的等离
子体发生器、为所述等离子体发生器提供工作气体的供气装置(1)、用
于连续送出打印材料的送料装置和对打印位置进行调整的打印位置调整
装置组成，所述等离子体发生器和所述送料装置均位于水平旋转机构(4)
上方，所述送料装置位于所述等离子体发生器一侧；所述供气装置(1)
通过供气管(5)与所述等离子体发生器上所开的进气口连接；所述打印
位置调整装置包括带动所述等离子体发生器与所述送料装置同步在水平
面上进行移动的水平移动装置和带动所述等离子体发生器、所述送料装置
与所述水平移动装置同步移动并相应对所述喷头的出口与轮轴(3-1)之
间的距离进行调节的打印距离调节装置，所述等离子体发生器和所述送料
装置均安装在所述水平移动装置上，且所述水平移动装置安装在所述打印
距离调节装置上；
所述送料装置为用于连续送出被加工丝材(2)的送丝装置或用于连
续向所述等离子体发生器产生的所述等离子束内送入打印材料的送粉装
置；当所述送料装置为所述送丝装置时，所述被加工丝材(2)的外端为
熔化端，所述熔化端位于所述喷头的出口下方且其位于所述等离子束的中
心轴线上；当所述送料装置为所述送粉装置时，所述送粉装置的送粉口位
\t于所述喷头的出口下方且其位于所述等离子束的中心轴线上；
所述监控系统包括对所述水平移动装置进行控制的水平移动控制器
(24)、对所述等离子束流加工系统在所述待修复火车轮上的加工位置处
温度进行实时检测的温度检测单元(9)、对所述喷头的出口与轮轴(3-1)
或水平支撑机构(16)之间的距离进行实时检测的距离检测单元(8)、
对所述打印距离调节装置进行控制的打印距离调节控制器(10)、对所述
待修复火车轮的轮轴(3-1)的旋转角度进行实时检测的旋转角度检测单
元(26)和对水平旋转机构(4)进行控制的旋转控制器(15)，所述水
平移动控制器(24)与所述水平移动装置连接，所述打印距离调节控制器
(10)与所述打印距离调节装置连接，所述距离检测单元(8)和温度检
测单元(9)均与打印距离调节控制器(10)连接，所述温度检测单元(9)
与打印距离调节控制器(10)组成温度调控装置；所述旋转角度检测单元
(26)与旋转控制器(15)连接。
2.按照权利要求1所述的一种火车轮等离子3D快速成型再制造设备，
其特征在于：所述待修复火车轮为存在轮缘磨损缺陷和/或轮面缺陷的火
车轮；所述轮缘磨损缺陷为所述待修复火车轮的轮缘(3-2)存在磨损；
所述轮面缺陷为轮面局部缺陷和/或轮面磨损缺陷，所述轮面局部缺陷为
所述待修复火车轮的轮面上存在破损或开裂，所述轮面磨损缺陷为所述待
修复火车轮的轮面上存在磨损；所述水平旋转机构(4)的上方设置有对
所述待修复火车轮上存在的缺陷进行检测的超声波检测装置或三维激光
扫描仪。
3.按照权利要求1或2所述的一种火车轮等离子3D快速成型再制造
设备，其特征在于：所述等离子体发生器包括等离子枪(13)，所述喷头
为等离子枪(13)前端的阳极喷嘴(13-2)；所述等离子枪(13)包括开
有所述进气口的枪体(13-1)、位于枪体(13-1)正前方的阳极喷嘴(13-2)
\t和插装于枪体(13-1)内的阴极(13-3)，所述阳极喷嘴(13-2)位于阴
极(13-3)前侧，所述放电室(13-4)位于阴极(13-3)前侧且其位于阳
极喷嘴(13-2)的后部内侧，所述阳极喷嘴(13-2)的前部内侧为喷口
(13-5)；所述阳极喷嘴(13-2)、阴极(13-3)和放电室(13-4)均与
枪体(13-1)呈同轴布设；所述进气口位于枪体(13-1)后侧，所述喷口
(13-5)与枪体(13-1)呈同轴布设或与枪体(13-1)的中心轴线之间的
夹角为30°～45°；
所述监控系统还包括对所述等离子体发生器进行控制的等离子发生
控制器(7)、对供气管(5)的气体流量进行实时检测的气体流量检测单
元(11)和对供气管(5)上安装的流量调节阀(25)进行控制的气体流
量控制器(12)，所述等离子发生控制器(7)与所述等离子体发生器连
接，所述气体流量检测单元(11)与气体流量控制器(12)连接。
4.按照权利要求1或2所述的一种火车轮等离子3D快速成型再制造
设备，其特征在于：所述送丝装置包括上部缠绕有被加工丝材(2)的丝
盘(6)、对被加工丝材(2)进行输送的送丝机构和对所述送丝机构进行
驱动的送丝驱动机构(14)，所述送丝机构位于丝盘(6)内侧且与所述
送丝机构连接；所述丝盘(6)同轴安装在转轴上且能绕所述转轴进行转
动；
所述送粉装置包括送粉器(2)和送粉嘴(6)，所述送粉装置的送粉
口为送粉嘴(6)的出粉口；所述送粉器(2)包括开有进料口与送粉出口
的外壳和安装在所述外壳内的送粉轮，所述送粉轮由驱动电机(14)进行
驱动；所述送粉出口与送粉嘴(6)的进粉口连接。
5.按照权利要求1或2所述的一种火车轮等离子3D快速成型再制造
设备，其特征在于：所述水平旋转机构(4)包括左右两个均固定安装在
水平支撑机构(16)上的旋转支撑座(4-1)和带动轮轴(3-1)进行旋转
\t的旋转驱动机构(4-2)，所述轮轴(3-1)的两端分别安装在两个所述旋
转支撑座(4-1)上且其两端与两个所述旋转支撑座(4-1)之间均通过轴
承进行连接；所述旋转驱动机构(4-2)为电动旋转驱动机构且其与轮轴
(3-1)进行传动连接，所述旋转驱动机构(4-2)由旋转控制器(27)进
行控制且其与水平旋转机构(4)连接；
所述水平支撑机构(16)为固定式支撑结构或能上下移动的移动平台。
6.一种利用如权利要求1所述再制造设备对待修复火车轮进行等离子
3D快速成型再制造的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、火车轮缺陷检测：对所述待修复火车轮上存在的缺陷进行检
测，并对检测出各缺陷的位置分别进行记录；
所述待修复火车轮为存在轮缘磨损缺陷和/或轮面缺陷的火车轮；所
述轮缘磨损缺陷为所述待修复火车轮的轮缘(3-2)存在磨损；所述轮面
缺陷为轮面局部缺陷和/或轮面磨损缺陷，所述轮面局部缺陷为所述待修
复火车轮的轮面上存在破损或开裂，所述轮面磨损缺陷为所述待修复火车
轮的轮面上存在磨损；
步骤二、火车轮修复：采用所述火车轮等离子3D打印再制造设备，
对步骤一中检测出的所述待修复火车轮上存在的缺陷分别进行修复，过程
如下：
步骤201、轮缘磨损缺陷修复判断：根据步骤一中的火车轮缺陷检测
结果，判断是否需进行轮缘磨损缺陷修复：当步骤一中检测出所述待修复
火车轮的轮缘上存在所述轮缘磨损缺陷时，需对所述待修复火车轮进行轮
缘磨损缺陷修复，并进入步骤202；否则，进入步骤203；
步骤202、轮缘磨损缺陷修复：根据步骤一中的火车轮缺陷检测结果，
采用所述等离子束流加工系统，对所述待修复火车轮的轮缘(3-2)的磨
损区域进行修复，完成所述待修复火车轮的轮缘再制造过程；
步骤203、轮面局部缺陷修复判断：根据步骤一中的火车轮缺陷检测
\t结果，判断是否需进行轮面局部缺陷修复：当步骤一中检测出所述待修复
火车轮的轮面上存在所述轮面局部缺陷时，需对所述待修复火车轮进行轮
面局部缺陷修复，并进入步骤204；否则，进入步骤205；
步骤204、轮面局部缺陷修复：根据步骤一中的火车轮缺陷检测结果，
对所述待修复火车轮上存在的各轮面局部缺陷分别进行修复，直至完成所
述待修复火车轮上存在的所有轮面局部缺陷的修复过程；
所述待修复火车轮上所有轮面局部缺陷的修复方法均相同；对所述待
修复火车轮上存在的任一个所述轮面局部缺陷进行修复时，包括以下步
骤：
步骤2041、缺陷部位去除：先通过旋转控制器(15)对水平旋转机构
(4)进行控制，并带动所述待修复火车轮绕其轮轴(3-1)的中心轴线进
行旋转，直至将当前所修复轮面局部缺陷所处位置旋转至轮轴(3-1)的
中心轴线上方；再采用所述机加工装置(27)对所述待修复火车轮上当前
所修复轮面局部缺陷所处区域进行去除，获得与当前所修复轮面局部缺陷
对应的待填充区域；
步骤2042、等离子3D打印：采用所述等离子束流加工系统，对步骤
2041中所述待填充区域进行等离子3D打印，完成当前所修复轮面局部缺
陷的修复过程；
步骤205、轮面磨损缺陷修复判断：根据步骤一中的火车轮缺陷检测
结果，判断是否需进行轮面磨损缺陷修复：当步骤一中检测出所述待修复
火车轮上存在轮面磨损缺陷时，需对所述待修复火车轮进行轮面磨损缺陷
修复，并进入步骤206；否则，完成所述待修复火车轮的再制造过程；
步骤206、轮面磨损缺陷修复：根据步骤一中的火车轮缺陷检测结果，
采用所述等离子束流加工系统，对所述待修复火车轮的轮面的磨损区域进
行修复，完成所述待修复火车轮的再制造过程。
7.按照权利要求6所述的对待修复火车轮进行等离子3D快速成型再
\t制造的方法，其特征在于：步骤一中进行火车轮缺陷检测时，通过旋转控
制器(15)控制水平旋转机构(4)带动轮轴(3-1)绕其中心轴线进行旋
转，且轮轴(3-1)旋转过程中，采用水平旋转机构(4)上方设置的超声
波检测装置或三维激光扫描仪对所述待修复火车轮上存在的缺陷进行检
测；
步骤二中完成火车轮修复后，获得修复后火车轮；之后，通过旋转控
制器(15)控制水平旋转机构(4)带动轮轴(3-1)绕其中心轴线进行旋
转，且所述待修复火车轮旋转过程中，采用机加工装置(27)对所述修复
后火车轮进行精加工。
8.按照权利要求6或7所述的对待修复火车轮进行等离子3D快速成
型再制造的方法，其特征在于：步骤2022中采用所述等离子束流加工系
统，对步骤2021中所述待填充区域进行等离子3D打印时，过程如下：
步骤A、三维立体模型获取及分层切片处理：根据所述待修复火车轮
的火车轮成品的三维立体模型，采用数据处理设备且调用图像处理模块获
取所述待填充区域的三维立体模型，再调用分层切片模块对所述待填充区
域的三维立体模型进行分层切片，并获得多个分层截面图像；
本步骤中，多个所述分层截面图像为对所述待填充区域的三维立体模
型进行分层切片后获得多个分层截面的图像，多个所述分层截面由下至上
均匀布设；
步骤B、扫描路径填充：采用数据处理设备且调用所述图像处理模块，
对步骤A中多个所述分层截面图像分别进行处理，并完成多个所述分层截
面的扫描路径填充过程，获得多个所述分层截面的扫描路径；
步骤C、打印路径获取：所述数据处理设备根据步骤B中获得的多个
所述分层截面的扫描路径，获得多个所述分层截面的打印路径；每个所述
分层截面的打印路径均与该分层截面的扫描路径相同；
步骤D、由下至上逐层打印：根据步骤C中获得的多个所述分层截面
\t的打印路径，由下至上逐层对所述待填充区域进行打印，使所述待填充区
域被多个由下至上堆叠而成的成型层进行填充；所述成型层的数量与步骤
A中所述分层截面的数量相同，多个所述成型层的布设位置分别与多个所
述分层截面的布设位置一一对应且其层厚均相同，所述成型层的层厚与步
骤A中相邻两个所述分层截面之间的距离相同，步骤C中多个所述分层截
面的打印路径分别为所述待填充区域中多个所述成型层的打印路径；所述
待填充区域中多个所述成型层的打印方法均相同；对所述待填充区域进行
打印时，过程如下：
步骤D1、底层打印：所述水平移动控制器(24)根据步骤C中所获取
的当前所打印成型层的打印路径，对所述水平移动装置进行控制并带动所
述等离子体发生器与所述送料装置同步在水平面上进行移动；所述等离子
体发生器与所述送料装置同步在水平面上移动过程中，所述等离子束流加
工系统将内带熔融液滴的等离子束流连续喷至所述待填充区域内；待所喷
熔融液滴均凝固后，完成所述待填充区域内当前所打印成型层的打印过
程；
本步骤中，当前所打印成型层为所述待填充区域内多个所述成型层中
位于最底部的成型层；
步骤D2、上一层打印，包括以下步骤：
步骤D21、...
【专利技术属性】
技术研发人员：华云峰，何伟，程国君，郝勇，魏志宇，
申请(专利权)人：中研智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。