專利名稱：一種用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工裝夾具/模具的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體地說涉及到一種用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度裝置的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
激光熔覆是一種重要的激光表面改性技術(shù)，其供料方式有預(yù)置粉層，同步供粉和同步供絲幾種。預(yù)置供粉包括直接預(yù)置，冷壓預(yù)置，粘接預(yù)置，噴涂預(yù)置等方法，直接預(yù)置可以通過預(yù)制凹槽控制預(yù)置粉層厚度，但因粉體中含有較多的空氣，因此涂層中易形成氣孔、氮化物和氧化物等雜質(zhì)；冷壓預(yù)置是用壓力機(jī)將粉體壓成一定厚度的片狀，可以排除粉體中的大部分氣體，提高涂層質(zhì)量，但預(yù)置粉片的厚度受粉體流動(dòng)性影響，常存在厚度不均勻現(xiàn)象；粘結(jié)預(yù)置是用粘結(jié)劑將粉體調(diào)制呈糊狀，在涂刷在基體表面烘烤后進(jìn)行熔覆，粘結(jié)劑 的存在會(huì)影響涂層的質(zhì)量，而預(yù)置厚度均勻性受涂刷技術(shù)影響較大；噴涂預(yù)置需要在噴涂機(jī)進(jìn)行噴涂預(yù)置，成本較高。同步供粉包括同軸送粉和側(cè)向送粉兩種，一般是用氣體流作為供粉的載體，對(duì)于混合粉末特別是顆粒密度和大小差異較大時(shí)，混合的均勻性較差。當(dāng)熔覆料為絲狀或棒狀時(shí)，激光熔覆和自動(dòng)焊接工藝基本相當(dāng)。雖然自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)使得同步送粉在工業(yè)批量生產(chǎn)中大量應(yīng)用，但其也存在流動(dòng)性受粉體流動(dòng)性制約、粉體污染送粉器、混合粉難以均勻混合等缺點(diǎn)。因此，在激光熔覆的科學(xué)研究中，預(yù)置粉層，特別是直接預(yù)置因工藝簡(jiǎn)單，用粉量小，便于調(diào)整粉層的化學(xué)配比，混粉均勻性好，成本低、不需要昂貴復(fù)雜的送粉器等特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。但是，預(yù)置粉層的鋪粉工藝一般為手工鋪粉，存在鋪粉厚度的均勻性，一致性難以保證的缺點(diǎn)。簡(jiǎn)單的預(yù)置凹槽法雖然能夠控制鋪粉的厚度，但厚度不能調(diào)整且精度差，在后續(xù)的冷壓過程中通常也不能限制粉體在壓力作用下沿周向的移動(dòng)，使得粉層致密度較差，冷壓效果不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，便于操作，具有較高適用性，可以精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度，保證粉層厚度均勻性和一致性的裝置，具有厚度易調(diào)控，精度聞，可有效提聞冷壓效果等特點(diǎn)。本發(fā)明中設(shè)計(jì)的裝置，目的就是為了解決預(yù)置鋪粉厚度的靈活性、均勻性和一致性問題，具有厚度易調(diào)控，精度聞，可有效提聞冷壓效果等特點(diǎn)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，其特征在于在機(jī)座上垂直固定螺桿，螺桿的上端旋入水平配置圓盤狀的螺管中，螺管的上方配置盤式套管，螺管與套管之間設(shè)置能保持兩者同軸的同軸結(jié)構(gòu)；套管的中央開設(shè)與基體材料板同樣形狀大小的粉塵孔腔；在粉塵孔腔中配置一塊墊片，墊片的水平投影包容于粉塵孔腔內(nèi)；
在粉塵孔腔中放置基體材料板，在基體材料板上鋪設(shè)粉塵，在粉塵上方壓入水平投影形狀大小與基體材料板相同的金屬壓頭。進(jìn)一步，所述基體材料板為圓形。進(jìn)一步，所述基體材料板為矩形。進(jìn)一步，所述螺管上方設(shè)置一圈同軸凸環(huán)，在套管的下表面開設(shè)一圈同樣直徑的同軸凹槽。進(jìn)一步，所述螺管上方設(shè)置若干根定位銷，在套管的下表面相應(yīng)位置開設(shè)定位銷孔。更進(jìn)一步，所述定位銷與定位銷孔排布在同軸的同樣直徑上。 進(jìn)一步，所述套管的高度，大于墊片、基體材料板和粉塵厚度之和。進(jìn)一步，所述螺管外周面上周向360度平均分布標(biāo)有刻度，螺桿上設(shè)有一條標(biāo)記刻線。一種用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，所述裝置包括螺桿、螺管、墊片、套管、壓塊。螺桿為固定直徑的圓柱體，螺桿和螺管通過螺紋裝配在一起。套管內(nèi)孔形狀尺寸與用做鋪粉基底材料的形狀尺寸一致，即基底材料可以放入套管內(nèi)孔而不留孔隙，但套管的高度大于基體材料厚度、墊片厚度與預(yù)置粉層最大厚度之和。墊片為圓片狀，其直徑大于螺桿直徑，與用做鋪粉基底材料的尺寸相當(dāng)，當(dāng)其在套管內(nèi)孔中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)不會(huì)受到套管內(nèi)孔尺寸的阻擋或制約。螺管的內(nèi)徑小于套管內(nèi)孔最小尺寸。螺管外周面上按周向360度平均分布標(biāo)有刻度，螺桿上有一條標(biāo)記刻線。墊片墊在螺桿上，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)墊片可以隨螺桿一起升降，能在套管之中上下運(yùn)動(dòng)。螺管與套管之間設(shè)置能保持兩者同軸的同軸結(jié)構(gòu)，螺管轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，套管隨螺管的升降而升降。所述同軸結(jié)構(gòu)可以是在所述螺管上方設(shè)置一圈同軸凸環(huán)或同軸凹槽，在套管的下表面開設(shè)一圈同樣直徑的同軸凹槽或同軸凸環(huán)。所述同軸結(jié)構(gòu)也可以是在所述螺管上方設(shè)置若干根定位銷，在套管的下表面相應(yīng)位置開設(shè)定位銷孔。鋪粉厚度的精度由螺桿的螺距決定。鋪粉厚度的控制通過將螺管/螺桿相對(duì)旋轉(zhuǎn)適當(dāng)?shù)慕嵌葘?shí)現(xiàn)，鋪粉厚度在最大厚度之內(nèi)連續(xù)可調(diào)。鋪粉最大厚度取決于螺桿上螺紋長(zhǎng)度、套管高度、墊片厚度和基體材料厚度。工作前，先將螺桿和螺管通過螺紋裝配在一起，然后在螺桿上再裝上墊片，然后裝上套管，螺管與套管之間設(shè)置能保持兩者同軸的同軸結(jié)構(gòu)，由此組成可以精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置。工作時(shí)，首先在套管中放入基體材料，然后旋轉(zhuǎn)螺桿，帶動(dòng)墊片和基體材料升降，將基體材料鋪粉面和套管上端面調(diào)節(jié)在同一水平面；然后記下與螺桿標(biāo)記線對(duì)應(yīng)的螺管刻度。由于螺桿的螺距就是螺管/螺桿旋轉(zhuǎn)一周，螺管帶動(dòng)套管上升的高度，即螺管/螺桿旋轉(zhuǎn)一周的鋪粉厚度，據(jù)此可確定旋轉(zhuǎn)角度與鋪粉厚度之間的關(guān)系，據(jù)此關(guān)系由預(yù)設(shè)的鋪粉厚度，可算出需旋轉(zhuǎn)的角度，旋轉(zhuǎn)后再用游標(biāo)卡尺校核之后即可鋪粉。鋪粉后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)螺桿，使套管上升一定的高度，然后將對(duì)應(yīng)的壓頭放入套管中，保證壓頭高度高于套管端面，將裝置放入壓機(jī)工作位置，對(duì)粉層冷壓；冷壓后取出裝置，依次取下套管、壓頭、帶冷壓粉層的基體材料，墊片，工作結(jié)束。若因粉粒掉入配合間隙或某種原因，螺管和螺桿之間旋轉(zhuǎn)困難時(shí)，可拆開裝置，進(jìn)行擦拭沖洗，排除阻礙螺桿/管旋轉(zhuǎn)的因素。本發(fā)明的有益效果在于鋪粉厚度在裝置最大設(shè)計(jì)厚度內(nèi)連續(xù)可調(diào)，精度可達(dá)O. Imm甚至更高，有助于分析鋪粉厚度與冷壓載荷、冷壓時(shí)間，進(jìn)而與激光輻射功率、速度等參數(shù)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋪粉厚度的優(yōu)化。
冷壓時(shí)限制粉層在基體材料鋪粉面上滑動(dòng)，避免其沿與鋪粉面平行的方向滑出壓力區(qū)，提高了冷壓粉層厚度和致密度的均勻性?？梢愿鶕?jù)基體材料的形狀尺寸，更換套管和壓頭，而不改變鋪粉的精度。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，適用性強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)便，特別是適合實(shí)驗(yàn)室的工藝研究實(shí)驗(yàn)。


圖I是本發(fā)明用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置的一實(shí)施例，裝配結(jié)構(gòu)上下分解示意圖；圖2是圖I實(shí)施例各零部件裝配使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明又一實(shí)施例裝配結(jié)構(gòu)上下分解示意圖，顯示了同軸機(jī)構(gòu)為定位銷的結(jié)構(gòu)。圖中，I為壓頭、2為粉塵、3為基體材料板、4為套管、4a為同軸凹槽,4b為粉塵腔，4c為定位銷孔,5為墊片、6為同軸凸環(huán)、7為螺管,8為螺桿,9為機(jī)座，10為定位銷。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置在機(jī)座9上垂直固定螺桿8，螺桿8的上端旋入水平配置圓盤狀的螺管7中，螺管7的上方配置盤式套管4，螺管7與套管4之間設(shè)置能保持兩者同軸的同軸結(jié)構(gòu)；套管4的中央開設(shè)與基體材料板3同樣形狀大小的粉塵孔腔4b ；在粉塵孔腔4b中配置一塊墊片5，墊片5的水平投影包容于粉塵孔腔4b內(nèi)；在粉塵孔腔4b中放置基體材料板3，在基體材料板3上鋪設(shè)粉塵2，在粉塵2上方壓入水平投影形狀大小與基體材料板3相同的金屬壓頭I。所述基體材料板3為圓形。所述基體材料板3為矩形。所述螺管7上方設(shè)置一圈同軸凸環(huán)6，在套管4的下表面開設(shè)一圈同樣直徑的同軸凹槽4a。
所述螺管7上方設(shè)置至少三根定位銷10，在套管4的下表面相應(yīng)位置開設(shè)定位銷孔4c ο所述定位銷10與定位銷孔4c排布在同軸的同樣直徑上。所述套管4的高度，大于墊片5、基體材料板3和粉塵2厚度之和。所述螺管7外周面上周向360度平均分布標(biāo)有刻度，螺桿8上設(shè)有一條標(biāo)記刻線。實(shí)施例已知基體材料為直徑50mm的圓片狀，厚度10mm，欲在基體材料上預(yù)置的松粉厚度為2. 5mm-0. 8mm，期望鋪粉厚度的精度為O. 1mm。查閱直徑與螺距(GB193-81)、粗牙普通螺紋基本尺寸(GB196-81)，公稱直徑27mm，細(xì)牙螺距1mm，則旋轉(zhuǎn)36度時(shí)，鋪粉厚度變化
O.Imm0根據(jù)上述條件，設(shè)計(jì)鋪粉裝置尺寸如下螺桿M27X 1，螺紋長(zhǎng)度40mm，螺桿總長(zhǎng)度60mm ;螺管M27X I,外徑80mm,高度20mm ;圓形墊片厚度IOmm,直徑50mm ;定位銷直徑5mm,長(zhǎng)度8mm ;套管外徑80mm,內(nèi)徑50mm,高度30mm ;壓頭直徑50mm,高度50mm。裝置材料為45號(hào)鋼，所有定位孔直徑5mm，螺管上定位孔深度為5mm，螺管外周上按5度刻畫標(biāo)尺，調(diào)節(jié)精度可達(dá)O. 02mm。裝置最大設(shè)計(jì)鋪粉厚度IOmm,鋪粉厚度在Omm-IOmm之間連續(xù)可調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，其特征在于 在機(jī)座(9)上垂直固定螺桿(8)，螺桿(8)的上端旋入水平配置圓盤狀的螺管(7)中，螺管(7)的上方配置盤式套管(4)，螺管(7)與套管(4)之間設(shè)置能保持兩者同軸的同軸結(jié)構(gòu)； 套管(4)的中央開設(shè)與基體材料板(3)同樣形狀大小的粉塵孔腔(4b)； 在粉塵孔腔(4b)中配置一塊墊片(5)，墊片(5)的水平投影包容于粉塵孔腔(4b)內(nèi)； 在粉塵孔腔(4b)中放置基體材料板(3)，在基體材料板(3)上鋪設(shè)粉塵(2)，在粉塵(2)上方壓入水平投影形狀大小與基體材料板(3)相同的金屬壓頭(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，其特征在于所述基體材料板(3)為圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，其特征在于所述基體材料板(3)為矩形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，其特征在于所述螺管(7)上方設(shè)置ー圈同軸凸環(huán)出)，在套管(4)的下表面開設(shè)ー圈同樣直徑的同軸凹槽(4a)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，其特征在于所述螺管(7)上方設(shè)置至少三根定位銷(10)，在套管(4)的下表面相應(yīng)位置開設(shè)定位銷孔(4c)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，其特征在于所述定位銷(10)與定位銷孔(4c)排布在同軸的同樣直徑上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，其特征在于所述套管(4)的高度，大于墊片(5)、基體材料板(3)和粉塵(2)厚度之和。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，其特征在于所述螺管(7)外周面上周向360度平均分布標(biāo)有刻度，螺桿(8)上設(shè)有一條標(biāo)記刻線。
全文摘要
本發(fā)明涉及工裝夾具/模具的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一種用于精確控制激光熔凝預(yù)置粉層厚度的裝置，在機(jī)座(9)上垂直固定螺桿(8)，螺桿(8)的上端旋入水平配置圓盤狀的螺管(7)中,螺管(7)的上方配置盤式套管(4)，螺管(7)與套管(4)之間設(shè)置能保持兩者同軸的同軸結(jié)構(gòu)；套管(4)的中央開設(shè)與基體材料板(3)同樣形狀大小的粉塵孔腔(4b)；在粉塵孔腔(4b)中配置一塊墊片(5),墊片(5)的水平投影包容于粉塵孔腔(4b)內(nèi)；在粉塵孔腔(4b)中放置基體材料板(3)，在基體材料板(3)上鋪設(shè)粉塵(2)，在粉塵(2)上方壓入水平投影形狀大小與基體材料板(3)相同的金屬壓頭(1)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，鋪粉厚度連續(xù)可調(diào)，精度高，特別是適合工藝研究實(shí)驗(yàn)用。
文檔編號(hào)C23C24/10GK102839371SQ20121035680
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者劉延輝, 李軍, 黃晨 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)