一种集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工系统，该系统包括逐层沉积加工装置、加热装置、制冷装置和超声振动装置，加热装置包括数控电源箱、加热导线和电加热管组；制冷装置包括数控水冷机、输送水管和水冷管组；超声振动装置包括超声波发生器、连接线、超声振动头和超声振动头支架。本实用新型专利技术通过多方面因素提高涂层质量，加热功能使高能束加工过程中产生的内部残余应力减少，进而使内部裂纹减少，提高涂层质量；冷却功能使涂层快速凝固，使涂层晶粒细化，提高涂层性能；超声振动功能在进一步消除内应力的基础上使晶粒更加细化，促进熔池流动，进而提高涂层质量，综合加热、冷却、超声振动三个方面优点将涂层质量大幅度提高。质量大幅度提高。质量大幅度提高。

【技术实现步骤摘要】
一种集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工系统


[0001]本技术涉及高能束加工
，具体是一种集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工系统。

技术介绍

[0002]高能束逐层沉积技术是一种利用激光束、电子束、等离子束等高能量密度的束流，将金属粉末融化后附着在工件基材表面，使工件表面形成新的物理、化学性质的机械加工技术。高能束逐层沉积技术是一种先进的表面强化技术，通过不同的添料方式在基体表面放置被选择的涂层材料经高能束辐照使之与基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低且与基体形成冶金结合的表面涂层，所形成的涂层具有更好的耐磨、耐腐蚀性，耐冲击、耐高温、抗氧化等性能。
[0003]高能束逐层沉积技术存在以下缺陷：1、高能束逐层沉积加工过程中，会在工件中产生热积累，产生热应力，导致工件内部残余应力较大，使内部出现较多裂纹；2、涂层凝固速度较慢，涂层晶粒粗细不均，涂层性能较差；3、熔池整体流动性差，导致涂层质量较差。
[0004]为此，本技术提供了一种集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工系统及方法，来解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，一方面提供一种集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工系统，包括逐层沉积加工装置、加热装置、制冷装置和超声振动装置；
[0006]所述逐层沉积加工装置包括密封罩、底座、加工台、定位夹具、四轴机器人、高能束发生器和同轴送粉激光头，所述底座设于所述密封罩内底板上，所述加工台固定于所述底座顶部，所述定位夹具与所述加工台可拆卸连接，所述四轴机器人设于所述密封罩内部，所述同轴送粉激光头安装在所述四轴机器人上，所述高能束发生器设于所述密封罩外部，且与所述同轴送粉激光头连接，所述同轴送粉激光头还连接有同步送粉器；
[0007]所述加热装置包括数控电源箱、加热导线和电加热管组，所述数控电源箱的输出端通过所述加热导线与所述电加热管组连接，所述数控电源箱设于所述密封罩外部，所述底座顶部设有凹槽，所述电加热管组设于所述凹槽内，且位于所述加工台底部；
[0008]所述制冷装置包括数控水冷机、输送水管和水冷管组，所述数控水冷机通过所述输送水管与所述水冷管组连接，所述数控水冷机设于所述密封罩外部，所述水冷管组设于所述凹槽内，且位于所述加工台底部；
[0009]所述超声振动装置包括超声波发生器、连接线、超声振动头和超声振动头支架，所述超声波发生器通过连接线与所述超声振动头连接，所述超声波发生器设于所述密封罩外部，所述超声振动头支架与所述加工台固定连接，所述超声振动头固定在所述超声振动头支架上。
[0010]优选地，所述水冷管组和电加热管组交错设置。
[0011]优选地，所述加工台上设有呈矩形阵列分布的多个定位螺孔，所述定位夹具包括固定支架，所述固定支架上设有与所述定位螺孔相互配合的定位通孔，所述固定支架上固定连接有限位件，所述限位件包括三个相互连接的限位板，每个所述限位板均与另外两个限位板垂直。
[0012]优选地，所述集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工系统还包括清扫装置，所述清扫装置包括第一水平直线运动机构、第二水平直线运动机构和钢刷，所述第一水平直线运动机构与所述加工台固定连接，所述第二水平直线运动机构与所述第一水平直线运动机构连接，能够随所述第一水平直线运动机构移动，所述钢刷与所述第二水平直线运动机构连接，能够随所述第二水平直线运动机构移动。
[0013]优选地，所述第一水平直线运动机构为滑动气缸。
[0014]优选地，所述第二水平直线运动机构为滚珠丝杠直线运动机构。
[0015]优选地，所述加热导线为铁氟龙电线，所述加热导线上套设有玻璃纤维绝缘套管。
[0016]优选地，所述高能束发生器包括激光束发生器、等离子束发生器和电子束发生器。
[0017]本技术另一方面提供了一种集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工方法，包括如下步骤：
[0018]S1、将选好的待加工工件基材放置在加工台上，然后用定位夹具将工件前后左右上下六个自由度锁死固定；
[0019]S2、数控电源箱或数控水冷机启动，通过加热导线给电加热管组供电或通过输送水管给水冷管组提供冷却水，给选定的工件加热至200—500℃或冷却至
‑
20—5℃，持续稳定加热或制冷；
[0020]S3、开启超声波发生器，此时超声振动头挤压在工件表面，给工件一个超声振动频率，所述超声振动工艺参数为：工作频率范围为5
‑
30kHz，最大输出功率为1500W，气动压力为0.2
‑
0.8MPa；
[0021]S4、启动高能束发生器，将金属粉末通过同步送粉器输送到同轴送粉激光头，开启四轴机器人带动同轴送粉激光头进行工作，此时超声波发生器正常工作，通过超声振动头给予工件超声振动频率；
[0022]S5、加工完成后四轴机器人带动同轴送粉激光头离开加工台，先关闭高能束发生器，再关闭超声波发生器，最后关闭数控电源箱或数控水冷机，拆卸定位夹具，取下工件。
[0023]对比现有技术，本技术的有益效果在于：
[0024]本技术的集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工系统及方法通过多方面因素提高涂层质量，加热功能使高能束加工过程中产生的内部残余应力减少，进而使内部裂纹减少，提高涂层质量；冷却功能使涂层快速凝固，使涂层晶粒细化，进而提高涂层性能；超声振动功能在进一步消除内应力的基础上使晶粒更加细化，促进熔池流动，进而提高涂层质量，综合加热、冷却、超声振动三个方面优点将涂层质量大幅度提高。
附图说明
[0025]图1为本技术的整体结构示意图；
[0026]图2为本技术一个视角的部分结构示意图；
[0027]图3为本技术的部分结构的爆炸图；
[0028]图4为本技术另一个视角的部分结构示意图；
[0029]图5为图2中A部分的结构放大图；
[0030]图6为图3中B部分的结构放大图；
[0031]图7为图4中C部分的结构放大图。
[0032]附图标记说明
[0033]1‑
密封罩，2
‑
底座，3
‑
加工台，4
‑
定位夹具，5
‑
四轴机器人，6
‑
高能束发生器，7
‑
同轴送粉激光头，8
‑
数控电源箱，9
‑
加热导线，10
‑
电加热管组，11
‑
凹槽，12
‑
数控水冷机，13
‑
输送水管，14
‑
水冷管组，15
‑
超声波发生器，16
‑
连接线，17
‑
超声振动头，18
‑
超声振动头支架，19
‑
定位螺孔，20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工系统，其特征在于，包括逐层沉积加工装置、加热装置、制冷装置和超声振动装置；所述逐层沉积加工装置包括密封罩、底座、加工台、定位夹具、四轴机器人、高能束发生器和同轴送粉激光头，所述底座设于所述密封罩内底板上，所述加工台固定于所述底座顶部，所述定位夹具与所述加工台可拆卸连接，所述四轴机器人设于所述密封罩内部，所述同轴送粉激光头安装在所述四轴机器人上，所述高能束发生器设于所述密封罩外部，且与所述同轴送粉激光头连接，所述同轴送粉激光头还连接有同步送粉器；所述加热装置包括数控电源箱、加热导线和电加热管组，所述数控电源箱的输出端通过所述加热导线与所述电加热管组连接，所述数控电源箱设于所述密封罩外部，所述底座顶部设有凹槽，所述电加热管组设于所述凹槽内，且位于所述加工台底部；所述制冷装置包括数控水冷机、输送水管和水冷管组，所述数控水冷机通过所述输送水管与所述水冷管组连接，所述数控水冷机设于所述密封罩外部，所述水冷管组设于所述凹槽内，且位于所述加工台底部；所述超声振动装置包括超声波发生器、连接线、超声振动头和超声振动头支架，所述超声波发生器通过连接线与所述超声振动头连接，所述超声波发生器设于所述密封罩外部，所述超声振动头支架与所述加工台固定连接，所述超声振动头固定在所述超声振动头支架上。2.根据权利要求1所述的一种集温控和超声辅助的高能束逐层沉积加工系统，其特征在于：所述水冷管组和电加热管组交错设置。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉圣，李云峰，穆东明，常宏，李琦，姜广君，唐术锋，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：新型
国别省市：