本發(fā)明涉及一種激光表面強(qiáng)化加工的設(shè)備，特別是對(duì)于平面類閥門密封面進(jìn)行激光熔覆或者淬火的設(shè)備。

背景技術(shù)：

激光表面強(qiáng)化技術(shù)是通過(guò)激光與材料的相互作用使材料表面發(fā)生所希望的物理化學(xué)變化。當(dāng)高功率密度聚焦激光束作用于金屬表面時(shí)，金屬表面吸收激光能量并以極高的加熱速度（可以高達(dá)10¹⁰ K/s）被加熱、熔化乃至氣化。由于熱效應(yīng)只是集中在材料表面很薄的局部區(qū)域內(nèi)，因此在被加熱的表層與金屬基體之間將形成極高的溫度梯度。當(dāng)激光停止作用時(shí)，金屬的良好導(dǎo)熱性將導(dǎo)致表面以高達(dá)10⁴-10⁸K/s的速度冷卻。激光表面處理具有加熱冷卻速度快、性能高及處理效率高等優(yōu)點(diǎn)，其中以激光淬火和激光熔覆為代表。

激光淬火時(shí)冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī)淬火冷卻速度，可使奧氏體晶粒內(nèi)部形成的亞結(jié)構(gòu)在冷卻時(shí)來(lái)不及回復(fù)及再結(jié)晶，由于激光處理時(shí)的冷速極快，從而可獲得超細(xì)的隱針馬氏體結(jié)構(gòu)，其組織性能均得到很大的改善，可顯著提高強(qiáng)韌性，與傳統(tǒng)的淬火工藝相比，具有硬度高、變形小、可實(shí)現(xiàn)表面薄層和局部淬火、不影響基材的機(jī)械性能等特點(diǎn)。

激光熔覆是以激光束為熱源在零件表面熔接一層成分和性能完全不同于基體而又與基體具有冶金結(jié)合的合金表層，以提高表面的耐磨抗蝕性能。激光熔覆要求基體材料僅表面一極薄層熔化，以保證熔覆材料最大限度地不被熔化的基體材料所稀釋，這樣合金熔覆層基本保持其原有成分和性質(zhì)不變。

閥門是在流體系統(tǒng)中，用來(lái)控制流體方向、壓力、流量的裝置，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、煤炭、環(huán)保、食品醫(yī)藥、國(guó)防軍工、市政民用和農(nóng)田水利等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是通用機(jī)械的重要組成部分。尤其在嚴(yán)苛工況下，對(duì)閥門密封面的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損性能提出了極高的要求。

平面類閥門的密封面主要包各類閥座、平行閘閥密封面、楔形閘閥密封面。

閘閥的按密封面配置可分為楔式閘板式閘閥和平行閘板式閘閥, 楔式閘板式閘閥又可分為：?jiǎn)伍l極式、雙閘板式和彈性閘板式；平行閘板式閘閥可分為單閘板式和雙閘板式。不管是哪一種形式的閘閥，其密封面形狀都是由兩個(gè)同心圓構(gòu)成的圓形密封環(huán)，密封環(huán)的寬度根據(jù)通徑的不同而不同，尺寸一般在5-50mm。

傳統(tǒng)上這類閥門硬密封面采用熱噴涂，電弧堆焊，等離子堆焊和超音速冷噴涂等工藝。前三種表面改性技術(shù)均需用火焰，電弧，等離子體作為熱源，它們共同的缺點(diǎn)是：能耗大、易變形、易開(kāi)裂、稀釋率大。超音速冷噴涂技術(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)成本高，裝置復(fù)雜，生產(chǎn)效率低,且由于沒(méi)有形成冶金結(jié)合層容易剝落。

傳統(tǒng)的手工堆焊和等離子堆焊工藝一般采用沿著密封圓環(huán)的徑向擺弧堆焊，在徑向一次性完成密封環(huán)寬度方向的堆焊，同時(shí)配合轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)完成對(duì)密封面的整體堆焊，這種堆焊方式在密封環(huán)焊接的第一道和焊接最后一道由于加工時(shí)前后時(shí)間上差異較大，導(dǎo)致工件和焊接涂層溫度變化不一致，非常容易導(dǎo)致涂層的開(kāi)裂，對(duì)與形狀較大的工件（DN200以上）在堆焊時(shí)風(fēng)險(xiǎn)很大，尤其是在進(jìn)行硬度要求大于HRC45的高硬度合金堆焊時(shí)涂層開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)更大，所以傳統(tǒng)的加工方式一般用于低硬度合金的堆焊。

激光強(qiáng)化是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新工藝，由于其具有很好的工藝控制特性可以實(shí)現(xiàn)熔覆、淬火過(guò)程的全自動(dòng)化控制，解決傳統(tǒng)工藝存在的問(wèn)題。但是其設(shè)備價(jià)格昂貴，強(qiáng)化成本很高，受到價(jià)格成本、熔覆工藝材料的限制，激光強(qiáng)化技術(shù)還不能進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，開(kāi)發(fā)一種平面類閥門的密封面激光表面強(qiáng)化的專用設(shè)備以降低使用閥門密封面激光強(qiáng)化成本，實(shí)現(xiàn)在平面類閥門的密封面低成本的可批量化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于背景技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)ζ矫骖愰y門密封面進(jìn)行激光表面強(qiáng)化的平面類閥門密封面的激光表面強(qiáng)化加工設(shè)備。

為此，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種用于平面類閥門密封面的激光表面強(qiáng)化加工設(shè)備，其特征在于包括控制柜、送粉裝置和激光加工裝置，所述控制柜內(nèi)設(shè)置有控制器，所述激光加工裝置具有立柱，所述立柱上套裝有全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的搖臂，所述搖臂上設(shè)有水平移動(dòng)的第一滑臺(tái)，在所述第一滑臺(tái)上安裝有豎直移動(dòng)的第二滑臺(tái)，所述第二滑臺(tái)上設(shè)有激光頭和送粉頭，所述送粉頭與所述送粉裝置連接，所述搖臂在立柱上上下移動(dòng)，與第二滑臺(tái)的移動(dòng)方向平行構(gòu)成雙Z軸結(jié)構(gòu)，在所述立柱的周圍設(shè)有加工工位。

所述搖臂上設(shè)有第一電機(jī)，所述第一滑臺(tái)由所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述第一電機(jī)與所述控制器連接。

所述在第一滑臺(tái)上安裝第二電機(jī)，所述第二滑臺(tái)由第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述第二電機(jī)與所述控制器連接。

所述立柱上設(shè)有搖臂升降絲桿，所述搖臂升降絲桿與所述搖臂螺接，且所述搖臂升降絲桿與安裝在所述立柱上的第三電機(jī)連接，所述第三電機(jī)與所述控制器連接。

所述搖臂在所述立柱上的套裝部位與一驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)連接，使得搖臂繞著所述立柱旋轉(zhuǎn)，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述控制器連接。

所述加工工位采用數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，所述數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)與所述的控制器連接，所述加工工位可以有1-4個(gè)，分布在所述的立柱周圍，通過(guò)旋轉(zhuǎn)搖臂實(shí)現(xiàn)多工位加工。

所述控制器包括電腦、運(yùn)動(dòng)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述電腦中安裝有運(yùn)動(dòng)控制軟件，所述運(yùn)動(dòng)控制軟件通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)各個(gè)電機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)所述數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、所述的第一滑臺(tái)和所述的第二滑臺(tái)同步運(yùn)行。

一種采用上述加工設(shè)備的平面閥門類密封面的激光表面強(qiáng)化方法，將需要加工的平面類閥門工件固定在加工工位上，并在運(yùn)動(dòng)控制軟件中選擇與準(zhǔn)備加工的平面類閥門工件相對(duì)應(yīng)的加工模型，而后將開(kāi)啟激光頭使其發(fā)出可見(jiàn)指示光，通過(guò)移動(dòng)所述的第一滑臺(tái)和第二滑臺(tái)，調(diào)整焦距，將可見(jiàn)指示光的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)平面類閥門工件的中心點(diǎn)，然后在所述運(yùn)動(dòng)控制軟件中選擇的加工模型上設(shè)定加工起始點(diǎn)參數(shù)、加工結(jié)束點(diǎn)的參數(shù)和螺距，加工開(kāi)始后，控制器控制各個(gè)電機(jī)將激光焦點(diǎn)移動(dòng)到設(shè)定的加工起始點(diǎn)后開(kāi)啟激光和送粉器，同時(shí)控制第一滑臺(tái)電機(jī)、數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，其激光焦點(diǎn)在工件表面的軌跡以等速阿基米德螺旋線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)所述激光頭的焦點(diǎn)移動(dòng)到加工結(jié)束點(diǎn)時(shí)，便加工結(jié)束。

所述的等速阿基米德螺旋線上的所述加工起始點(diǎn)的參數(shù)為加工起始點(diǎn)所在的圓的半徑，所述加工結(jié)束點(diǎn)的參數(shù)為加工結(jié)束點(diǎn)所在的圓半徑。

所述加工起始點(diǎn)的參數(shù)和所述加工結(jié)束點(diǎn)的參數(shù)，可以通過(guò)移動(dòng)電機(jī)以手動(dòng)示教方式輸入。

本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)，其搖臂和第二滑臺(tái)的上下升降采用了雙Z軸結(jié)構(gòu)，對(duì)于調(diào)節(jié)加工件的加工位置具有很高的精確度，同時(shí)由于所有執(zhí)行件均通過(guò)控制器集中控制，具有結(jié)構(gòu)緊湊、聯(lián)合控制的特點(diǎn)，其加工過(guò)程和準(zhǔn)備過(guò)程互不干涉，因而具有加工精度高、加工層的質(zhì)量得到良好的控制，而且操作方便簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

其采用的上述加工方法，采用激光作為熱源的堆焊方式，與上述傳統(tǒng)的堆焊工藝相比，能量的輸出和加熱的范圍具有良好的可控性，非常容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，其加工軌跡為阿基米德螺旋線，等距等速，受熱均勻，熱應(yīng)力均勻，熔覆后的表面不易開(kāi)裂。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明激光加工裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明放置工位變位器時(shí)激光加工裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明激光加工裝置的正面結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖，這種用于平面類閥門密封面的激光表面強(qiáng)化加工設(shè)備，包括控制柜17、送粉裝置18和激光加工裝置19，所述控制柜17內(nèi)設(shè)置有控制器，所述激光加工裝置19具有立柱，所述立柱1上通過(guò)軸套10套裝有全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的搖臂4，其中搖臂4可以手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，是搖臂4的套裝部位的軸套10上設(shè)置一個(gè)緊固螺栓9，當(dāng)搖臂4手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置時(shí)，旋緊螺栓4，將搖臂4予以固定。電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，是將搖臂4在所述立柱1上的套裝部位即軸套10與一驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)連接，這種驅(qū)動(dòng)裝置可以是電機(jī)，利用電機(jī)的轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)連接齒輪，在搖臂的套裝部位安裝一個(gè)具有外齒的齒圈，齒圈與齒輪嚙合（該結(jié)構(gòu)圖中未示出），驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該電機(jī)與控制器連接，控制器指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，即可達(dá)到使搖臂4繞著立柱旋轉(zhuǎn)的目的。所述搖臂4上設(shè)有水平移動(dòng)的第一滑臺(tái)7，并在搖臂4上安裝第一電機(jī)5，所述第一電機(jī)5驅(qū)動(dòng)第一滑臺(tái)7，其第一滑臺(tái)7是由如下方式由第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)的：所述搖臂4上設(shè)有第一絲桿12，所述第一滑臺(tái)7上設(shè)有與所述第一絲桿匹配12的螺孔，且所述第一絲桿12與安裝在搖臂4上的第一電機(jī)5連接，所述第一電機(jī)5與所述控制器連接。

當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)5工作時(shí)，帶動(dòng)第一絲桿12轉(zhuǎn)動(dòng)，便可使得第一滑臺(tái)7在搖臂上來(lái)回移動(dòng)；在所述第一滑臺(tái)7上安裝有豎直移動(dòng)的第二滑臺(tái)，在第一滑臺(tái)7上安裝有第二電機(jī)16，第二滑臺(tái)11由第二電機(jī)16驅(qū)動(dòng)，具體是在所述第一滑臺(tái)7上設(shè)有第二絲桿（圖中未示出），并具有一移動(dòng)架，該移動(dòng)架上具有與第二絲桿匹配的螺孔，移動(dòng)架上連接有第二滑臺(tái)11，所述第二絲桿與安裝在第一滑臺(tái)7上的第二電機(jī)16連接，所述第二電機(jī)16與所述控制器連接。第二電機(jī)16工作時(shí)，便可使得第二滑臺(tái)11上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述第二滑臺(tái)上設(shè)有激光頭8和送粉頭13，所述送粉頭13與所述送粉裝置18連接，所述搖臂4在立柱1上上下移動(dòng)，與第二滑臺(tái)11的移動(dòng)方向平行構(gòu)成雙Z軸結(jié)構(gòu)。

所述立柱1上設(shè)有搖臂升降絲桿3，所述搖臂升降絲桿3與所述搖臂4螺接，且所述搖臂升降絲桿3與安裝在所述立柱1上的第三電機(jī)2連接，所述第三電機(jī)2與所述控制器連接，這種結(jié)構(gòu)與第二絲桿形成雙Z軸結(jié)構(gòu)，搖臂升降絲桿3用以激光頭的粗調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)激光頭8與被加工件的大致高度；第二絲桿用來(lái)微調(diào)節(jié)，用來(lái)調(diào)節(jié)激光頭激光的聚焦點(diǎn)。在所述立柱的周圍分布有1-4個(gè)加工工位，通過(guò)旋轉(zhuǎn)搖臂實(shí)現(xiàn)多工位加工。

在各個(gè)加工工位上設(shè)有相應(yīng)的數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)15，所述的數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)15在一個(gè)正方形或者長(zhǎng)方形的角上或者邊上，因而，當(dāng)一個(gè)工位數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)15上的加工件在加工時(shí)，不會(huì)影響到其它工位變位器的準(zhǔn)備工作。上述第一滑臺(tái)7在水平回來(lái)移動(dòng)時(shí)，由于激光頭8安裝在第二滑臺(tái)11上，且第二滑臺(tái)11又安裝在第一滑臺(tái)7上，故而可以使得激光頭8可以在水平方向移動(dòng)；其第二電機(jī)16的工作，可以使激光頭8帶著送粉頭13在豎直方向上移動(dòng)。

所述控制器包括電腦、運(yùn)動(dòng)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述電腦中安裝有運(yùn)動(dòng)控制軟件，所述運(yùn)動(dòng)控制軟件通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)各個(gè)電機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)所述數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、所述的第一滑臺(tái)和所述的第二滑臺(tái)同步運(yùn)行。所述的運(yùn)動(dòng)控制軟件具備多種專用運(yùn)動(dòng)控制模型，所述的專用運(yùn)動(dòng)控制模型對(duì)應(yīng)不同的平面類閥門工件。

本發(fā)明在對(duì)加工件進(jìn)行激光熔覆或者淬火時(shí)，只要將平面類閥門的密封面，如閘板閥的密封面、蝶閥的密封面、密封環(huán)等固定在數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)14上，在控制器的控制下，先驅(qū)動(dòng)第三電機(jī)2，控制好搖臂4的高度，然后送粉裝置在控制器的控制下工作，在送粉頭13載氣送粉后，控制器控制第一電機(jī)5和第二電機(jī)16，即控制送粉頭13和激光頭8的位置，同時(shí)控制數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)15，以控制數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)14上密封面的位置狀態(tài)，激光頭工作后，便對(duì)密封面進(jìn)行熔覆或者淬火的表面強(qiáng)化加工。

上述的各個(gè)電機(jī)均為伺服電機(jī)，這些伺服電機(jī)和數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)均在控制器的協(xié)調(diào)控制下協(xié)同工作，因而，其電機(jī)和數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)均是控制器的執(zhí)行件。在控制器發(fā)出指令時(shí)，各個(gè)執(zhí)行件聯(lián)合協(xié)調(diào)工作，以完成被加工件的加工過(guò)程。

以下詳細(xì)描述采用上述加工設(shè)備對(duì)平面密封閥的激光表面強(qiáng)化加工方法：

這種加工方法，是將需要加工的平面閥門類工件固定在加工工位上，并在運(yùn)送控制軟件中選擇與準(zhǔn)備加工的平面類閥門工件相對(duì)應(yīng)的加工模型，而后將開(kāi)啟激光頭8使其發(fā)出可見(jiàn)指示光，通過(guò)移動(dòng)所述的第一滑臺(tái)7和第二滑臺(tái)11，調(diào)整焦距，將可見(jiàn)指示光的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)平面類閥門工件的中心點(diǎn)，在所述的運(yùn)動(dòng)控制軟件中選擇與準(zhǔn)備加工的平面類閥門工件相對(duì)應(yīng)的專用運(yùn)動(dòng)控制模型，選擇數(shù)字輸入方式，然后在所述運(yùn)動(dòng)控制軟件中所選擇的加工模型上設(shè)定起點(diǎn)參數(shù)、加工結(jié)束點(diǎn)參數(shù)和螺距；加工開(kāi)始后，控制器控制各個(gè)電機(jī)將激光焦點(diǎn)移動(dòng)到設(shè)定的加工起始點(diǎn)后開(kāi)啟激光和送粉裝置18，同時(shí)控制第一滑臺(tái)7、數(shù)控旋轉(zhuǎn)臺(tái)15，其激光焦點(diǎn)在工件表面的軌跡以等速阿基米德螺旋線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)激光頭的焦點(diǎn)移動(dòng)到加工結(jié)束點(diǎn)時(shí)，便加工結(jié)束。

其中，所述阿基米德螺旋線上的所述加工起始點(diǎn)的為加工起始點(diǎn)所在圓的半徑，所述加工結(jié)束點(diǎn)的參數(shù)為加工結(jié)束點(diǎn)所在圓的半徑，在加工軌跡中，其任何一點(diǎn)激光頭移動(dòng)的線速度相等。本實(shí)施例中，其加工起始點(diǎn)的參數(shù)和加工結(jié)束點(diǎn)的參數(shù)也可以通過(guò)手動(dòng)示教式方式輸入，所謂的手動(dòng)示教式輸入，是在所述的運(yùn)動(dòng)控制軟件中選擇與準(zhǔn)備加工的平面類閥門工件相對(duì)應(yīng)的專用運(yùn)動(dòng)控制模型，選擇示教輸入方式，然后在所述專用運(yùn)動(dòng)控制模型上設(shè)定螺距參數(shù)；開(kāi)啟激光頭使其發(fā)出可見(jiàn)指示光，通過(guò)移動(dòng)所述的第一滑臺(tái)7和第二滑臺(tái)11，調(diào)整焦距，依次將可見(jiàn)指示光的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)平面類閥門工件的中心點(diǎn)、起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)，同時(shí)依次在模型中確認(rèn)中心點(diǎn)坐標(biāo)、起始點(diǎn)坐標(biāo)、結(jié)束點(diǎn)坐標(biāo)。這種加工方法，激光頭的移動(dòng)速度等速，阿基米德螺旋線的軌跡等距，因而，熔覆時(shí)產(chǎn)生的熱量均勻，熱應(yīng)力也非常均勻，有效避免了平面密封閥表面熔覆后容易開(kāi)裂的不足。