一種選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置，采用選取激光熔融技術（SLM技術）對深孔進行增補修復，該裝置能夠采用選區(qū)激光熔融方法對深孔內部損傷進行修復。本發(fā)明工作臺能夠三向移動，帶動待加工零件在三維空間內自由移動，裝置中設置的送粉漏斗和光斑聚焦位置可根據(jù)待加工零件在豎直方向上的位置進行調節(jié)，在工作臺下部安裝有電阻絲，利用電阻絲通電產生的熱量預熱粉末到預定的溫度，提高加工零件的致密性，降低裂紋的產生；在粉末漏斗下端設置送粉套筒，能夠將粉末均勻送到待加工零件的深孔內，送粉套筒的長度可以按需調節(jié)，在對待加工零件的深孔結構進行增補修復時，可以深入孔內部送粉。這使得零件修復不再局限于表面，也為制造工藝優(yōu)化提供了發(fā)展的空間。
【專利說明】一種選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光熔融成形設備領域，特別是一種針對深孔增補修復技術的裝置?！颈尘凹夹g】
[0002]在機械零件中，帶孔零件一般要占零件總數(shù)的50%~80%。隨著現(xiàn)代工業(yè)產品不斷向精密、小型、輕型、高密度和高可靠性的方向發(fā)展，孔徑越來越小，孔的分布密度越來越大。深孔則是指孔深與直徑之比大于10的孔。
[0003]在復雜零件深孔特征加工時，普遍加工工藝為:鉆孔、擴孔、粗鉸孔、精鏜深孔型面、精鉸孔，加工過程復雜，若加工過程出錯，孔深或孔的直徑大于要求值，該深孔特征甚至整個零件就會報廢。而采用修復技術對出錯部位進行填補后再加工可以大大減少因為加工失誤存在的材料浪費。另一方面，當深孔經過長時間工作，受到高溫高壓、重載腐蝕等作用，內表面易磨損，強度和裝配精度降低，采用修復技術修復零件深孔部分，是延長產品壽命、降低維護成本的重要方法和手段。
[0004]現(xiàn)有的修復技術包括合金鍍鐵、金屬噴丸、焊接處理、同軸送粉激光熔覆等。專利申請?zhí)枮镃N201210495476的發(fā)明專利“一種缸類零件的內孔表面損傷修復工藝”介紹了一種使 用與缸類零件材質相同的焊絲對缸類零件內孔表面進行旋轉施焊處理的修復工藝。該焊接處理工藝解決了鍍鐵修復存在的結合力不足、易產生起皮、脫層的缺點，降低修復成本。專利申請?zhí)枮镃N200610043181的發(fā)明專利“基于激光快速成形機的工模具或零件表面修復方法”。根據(jù)零件表面局部損傷情況，利用激光快速成形方法，由激光束進行掃描熔覆處理，對金屬零件表面損傷部位進行修復。上訴修復技術，前者關注內孔表面的修復；后者局限于零件的表面修復。對于深孔特征損壞、孔深改變的這類零件的修復，目前普遍采用的修復方法是去除零件的損毀部分，這種方法利用率低、修復周期長、焊接處強度低，材料資源浪費大。深孔增補修復是目前產品修復領域的一項空缺。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置，采用選取激光熔融技術(SLM技術)對深孔進行增補修復，該裝置能夠采用選區(qū)激光熔融方法對深孔內部損傷進行修復。
[0006]本發(fā)明的技術方案為:一種選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置，包括底座、X軸導軌組、X軸直線電機、支架臺、工裝臺、電阻絲、Z軸支撐座、Z軸電動引動器、連接板、Y軸底座、Y軸直線電機、Y軸導軌組、送粉套筒、開合擋片、電磁鐵、送粉支撐座、粉末漏斗、送粉管道、送粉引動器、氣氛保護罩、振鏡系統(tǒng)、聚焦系統(tǒng)、擴束裝置、光纖激光器和中央控制器；在支架臺上表面上設置底座，使支架臺上表面X軸與底座X軸平行，所述底座上固定安裝有X軸導軌組和X軸直線電機，X軸導軌組為組平行對稱分布在底座兩側的直線導軌，導軌方向與X軸方向平行，每根導軌上設置有相應的滑塊；底座中間開有凹槽，X軸直線電機安裝在凹槽中間，X軸直線電機上設置有相應滑塊，且滑塊運動方向與X軸方向平行；所述Y軸底座下底面的兩端分別與X軸導軌組的導軌的兩個滑塊相固連，中間與X軸直線電機的滑塊相固連；所述Y軸底座上固定安裝有Y軸直線電機和Y軸導軌組，Y軸導軌組為組平行對稱分布在Y軸底座兩側的直線導軌，導軌方向與Y軸方向平行，每根導軌上設置有相應的滑塊；Y軸底座中間開有凹槽，Y軸直線電機安裝在凹槽中間，Y軸直線電機上設置有相應滑塊，滑塊運動方向與Y軸方向平行；所述連接板下底面分別與Y軸導軌組導軌的滑塊和Y軸直線電機的滑塊相固連；連接板上表面沿X軸方向固連支板，支板平行于連接板X軸方向的表面固定安裝有Z軸電動引動器，Z軸電動引動器設置有相應滑塊，且滑塊的運動方向為Z軸方向；滑塊上固定安裝有L形Z軸支撐座的一邊，且Z軸支撐座另一邊的下底面與水平面平行，電阻絲的下底面固定安裝在該邊的上表面，電阻絲的上表面固定安裝有工裝臺，且工裝臺的上表面與水平面平行；支架臺上表面沿X軸方向固定安裝有送粉電動引動器，送粉電動引動器上設置有相應滑塊，且滑塊的運動方向為Z軸方向，滑塊上固連有L形的送粉支撐座的一邊，另一邊底部開長方形孔，粉末漏斗穿過該孔并固定連接在送粉支撐座上，粉末漏斗與Z軸方向平行，粉末漏斗為棱柱形；粉末漏斗下漏口每個棱面底端均設置一個方形薄片，送粉套筒方形部分通過該薄片與粉末漏斗相連，送粉管道放置在粉末漏斗內；送粉支撐座與Z軸支撐座相對；氣氛保護罩以支架臺的上表面為底面，四周和頂面以板材圍成，抽氣裝置和送氣裝置連通氣氛保護罩內部；所述振鏡系統(tǒng)固定安裝在氣氛保護罩的頂面，其透鏡正對氣氛保護罩的頂面開口處，位于底座的正上方，振鏡系統(tǒng)、動態(tài)聚焦系統(tǒng)、擴束裝置、激光發(fā)生器依次通過光纖固連；所述中央控制器分別與X軸直線電機、電阻絲、Z軸電動引動器、Y軸直線電機、電磁鐵、送粉管道和送粉引動器相連。
[0007]送粉套筒上端為棱柱形結構，與粉末漏斗的方形薄片連接；下端為圓柱形，插入深孔送粉。
[0008]在送粉套筒和粉末漏斗之間用開合擋片相隔，通過開合擋片控制送粉量；開合擋片與電磁鐵一端相連，電磁鐵另一端安裝復位彈簧，且電磁鐵與中央控制器相連，通過電磁鐵磁性的啟動控制開合擋片的轉動，在復位彈簧作用下使開合擋片恢復水平位置。
[0009]所述抽氣裝置由真空泵、抽氣管道和抽氣閥組成，真空泵由抽氣閥控制對艙體內進行抽真空處理；充氣裝置由充氣管道、氬氣`供應裝置和充氣閥組成，氬氣供應裝置由充氣閥控制對艙體內進行氬氣填充。
[0010]氣氛保護罩的側面設有艙門。
[0011]還包括壓力傳感器，壓力傳感器安裝在氣氛保護罩的頂部，與中央控制器相連。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點是:1)本發(fā)明工作臺能夠三向移動，帶動待加工零件在三維空間內自由移動，精確定位。相比傳統(tǒng)選區(qū)激光熔融成形設備成形缸只能在豎直方向一個方向上移動，本設備加工柔性高。2)本發(fā)明裝置中的送粉漏斗和光斑聚焦位置可根據(jù)待加工零件在豎直方向上的位置進行調節(jié)，擴大了豎直方向的加工量程。3 )本發(fā)明在工作臺下部安裝有電阻絲，利用電阻絲通電產生的熱量預熱粉末到預定的溫度，提高加工零件的致密性，降低裂紋的產生。在工件臺底部預熱，避免對激光器等上部原件的干涉。4)本發(fā)明送粉套筒主要為了將粉末均勻送到待加工零件的深孔內，送粉套筒的長度可以按需調節(jié)，在對待加工零件的深孔結構進行增補修復時，可以深入孔內部送粉。這使得零件修復不再局限于表面，也為制造工藝優(yōu)化提供了發(fā)展的空間?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置結構示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的X-Y-Z三維工作臺結構示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明送粉系統(tǒng)三維圖。
[0016]圖4為本發(fā)明底座1、Y軸底座10的結構示意圖。
[0017]圖5為本發(fā)明Z軸支撐座7的結構示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明連接板9的結構示意圖。
[0019]圖7為本發(fā)明粉末漏斗17的結構示意圖。
[0020]圖8為本發(fā)明送粉支撐座16的結構示意圖。
[0021]圖9為本發(fā)明送粉套筒13的結構示意圖。
[0022]圖10為本發(fā)明開合擋片14與電磁鐵15的連接示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明:
結合附圖所示，可用于深孔增補修復的多功能選擇性激光熔融裝置，本發(fā)明的技術方案為:一種選區(qū)激光熔融深孔 增補修復裝置，包括底座1，X軸直線電機2，X軸導軌組3，支架臺4，工裝臺5，電阻絲6，Z軸支撐座7，Z軸電動引動器8，連接板9，Y軸底座10，Y軸直線電機11，Y軸導軌組12，送粉套筒13，開合擋片14，電磁鐵15，送粉支撐座16，粉末漏斗17，送粉管道18，送粉引動器19，氬氣供應裝置20，充氣閥21，充氣管道22，真空泵23，抽氣管道24，抽氣閥25，壓力傳感器26，氣氛保護罩27，振鏡系統(tǒng)28，聚焦系統(tǒng)29，擴束裝置30，光纖激光器31，中央控制器32。上述X軸方向指水平面內部件3中導軌沿線方向，Y軸方向指水平面內垂直于X軸的方向，Z方向同時垂直于X軸和Y軸。
[0024]上述支架臺4放置在地面上,在支架臺4上表面上設置底座I,使支架臺4上表面X軸與底座IX軸平行。所述底座I上固定安裝有X軸導軌組2和X軸直線電機3，所述X軸導軌組2有2組平行對稱分布在底座I兩側的直線導軌，每根導軌上設置有相應的滑塊，底座I中間開有凹槽34 (如圖4)，X軸直線電機3安裝在凹槽34中間，X軸直線電機3上設置有相應滑塊，且滑塊運動方向與X軸方向平行，Y軸底座10下底面的兩端分別與X軸導軌組2的導軌的兩個滑塊相固連，中間與X軸直線電機3的滑塊相固連，且下底面和支架臺4上表面平行；中央控制器32控制X軸直線電機3工作時，帶動Y軸底座10沿X方向運動。所述Y軸底座10上固定安裝有Y軸直線電機11和Y軸導軌組12，所述Y軸導軌組12有2組平行對稱分布在Y軸底座10兩側的直線導軌，導軌方向與Y軸方向平行，每根導軌上設置有相應的滑塊，所訴Y軸底座11中間開有凹槽34 (如圖4)，Y軸直線電機11安裝在凹槽34中間，Y軸直線電機11上設置有相應滑塊，且滑塊運動方向與Y軸平行，連接板9下底面的兩端分別與Y軸導軌組12的導軌的兩個滑塊相固連，中間與Y軸直線電機11的滑塊相固連，且下底面和支架臺4上表面平行；中央控制器32控制當Y軸直線電機11工作時，帶動連接板9沿Y方向運動。所述連接板9上表面沿X軸方向固連支板35 (如圖6)，支板35平行于連接板9的X軸方向的表面固定安裝有Z軸電動引動器8，Z軸電動引動器8設置有相應滑塊，且滑塊的運動方向 為Z軸方向；滑塊上固定安裝有L形Z軸支撐座7的一邊，且Z軸支撐座7另一邊的下底面與水平面平行，電阻絲6的下底面固定安裝在該邊的上表面，電阻絲6的上表面固定安裝有用于安裝工件的工裝臺5，且工裝臺5的上表面與水平面平行；電阻絲5通電加熱，利用金屬的導熱性對粉末進行預熱。結構如圖2所示。
[0025]所述支架臺4上表面沿X軸方向固定安裝有送粉電動引動器19，送粉電動引動器19上設置有相應滑塊，且滑塊的運動方向為Z軸方向，滑塊上固連有L形的送粉支撐座16的一邊，另一邊底部開長方形孔(如圖8)，粉末漏斗17穿過該孔并固定連接在送粉支撐座16上，粉末漏斗17與Z軸方向平行，粉末漏斗17為四棱柱形；粉末漏斗17下漏口每個棱面底端均設置一個方形薄片36 (如圖7)，送粉套筒13 —側方形部分通過該薄片與粉末漏斗17用螺釘連接，送粉套筒13 (如圖9)另一側圓柱形部分有10mm、20mm、50mm、IOOmm不同長度，根據(jù)不同的深孔特征，通過螺釘拆卸，可更換送粉套筒13，選擇不同的尺寸。送粉時，送粉套筒13插入深孔內部。送粉管道18放置在粉末漏斗17內，粉末漏斗17儲存一定量的粉末，當粉末漏斗17內的粉末量較少時，通過送粉管道18輸送粉末。在送粉套筒13和粉末漏斗17之間用開合擋片14相隔，通過開合擋片14控制送粉量。所訴開合擋片14與電磁鐵15相連，通過電磁鐵15磁性的啟動控制開合擋片14的轉動，在復位彈簧37作用下使開合擋片14恢復水平位置。在中央控制器32控制送粉引動器工作時，運動方向為Z向的滑塊帶動送粉支撐座16在Z方向上運動，從而帶動送粉套筒13和粉末漏斗17沿Z向運動；送粉支撐座16與Z軸支撐座7相對；
所述氣氛保護罩27以支架臺4的上表面為底面，四周和頂面以板材圍成，加工過程通過頂面觀察；內部連通有抽氣裝置和送氣裝置，通過充氣管道22、抽氣管道24連接氬氣供應裝置20和真空泵23，且氬氣供應裝置20和真空泵23分別由充氣閥21和抽氣閥25控制，抽氣時壓力傳感器26的數(shù)值顯示設定值時關閉抽氣閥25打開充氣閥21停止抽氣，充氣時其數(shù)值顯示設定值時關閉充氣閥21停止充氣；所述振鏡系統(tǒng)28固定安裝在氣氛保護罩27的頂面，其透鏡正對氣氛保護罩27的頂面開口處，位于底座I的正上方，振鏡系統(tǒng)28、動態(tài)聚焦系統(tǒng)29、擴束裝置30、激光發(fā)生器31依次通過光纖固連；
所述中央控制器32控制X軸直線電機2，電阻絲6，Z軸電動引動器8，Y軸直線電機10，電磁鐵15，送粉管道18，送粉引動器19運行。
[0026]本發(fā)明裝置的具體工作過`程如下:
1.將待加工零件安裝在工裝臺5的正上方，關閉氣氛保護罩27的艙門33，啟動中央控制器32，控制電阻絲6通電加熱。
[0027]2.開啟抽氣閥25，將氣氛保護罩27內的空氣抽真空；當壓力傳感器26顯示數(shù)值為設定值時，中央控制器32關閉抽氣閥25，開啟充氣閥21，值到壓力傳感器26顯示的數(shù)值為設定值。
[0028]3.中央控制器32控制X軸直線電機3工作，帶動Y軸底座10在X向移動，使得工裝臺5位于送粉引動器19的正前方；控制Y軸直線電機11工作，帶動連接板9沿Y向移動，使得工裝臺5位于粉末漏斗17的正下方；微小調節(jié)X軸導軌組2，X軸直線電機3，Y軸導軌組8，Y軸直線電機9，使得送粉套筒13位于待加工零件深孔結構或者待加工表面的正上方；
4.中央控制器32控制送粉引動器19工作，帶動送粉支撐座16沿Z向移動，從而調節(jié)粉末套筒13的豎直位置，保證粉末漏斗17的底面和零件待加工上表面平行。消除電磁鐵15磁性，開合擋片14轉動，粉末鋪覆在待加工表面。送粉引動器19帶動送粉支撐座16回到原始高度位置。
[0029]5.重復步驟2，調節(jié)待加工區(qū)域在X-Y平面位置，使得鋪覆的粉末位于激光光斑處。
[0030]6.控制激光掃描系統(tǒng)，進行激光熔融加工。
[0031]7.激光掃描加工結束后，中央控制器32控制Z軸電動引動器3工作，帶動工裝臺5和電阻絲6下降一個層厚的高度，重復步驟2，步驟3，步驟4，步驟5進行下一次激光熔融成形，直 至加工成形。
【權利要求】
1.一種選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置，其特征在于:包括底座[l]、x軸導軌組[2]、x軸直線電機[3]、支架臺[4]、工裝臺[5]、電阻絲[6]、Z軸支撐座[7]、Z軸電動引動器[8]、連接板[9]、Y軸底座[10]、Y軸直線電機[11]、Y軸導軌組[12]、送粉套筒[13]、開合擋片[14]、電磁鐵[15]、送粉支撐座[16]、粉末漏斗[17]、送粉管道[18]、送粉引動器[19]、氣氛保護罩[27]、振鏡系統(tǒng)[28]、聚焦系統(tǒng)[29]、擴束裝置[30]、光纖激光器[31]和中央控制器[32];在支架臺[4]上表面上設置底座[I]，使支架臺[4]上表面X軸與底座[1]X軸平行，所述底座[I]上固定安裝有X軸導軌組[2]和X軸直線電機[3]，X軸導軌組[2]為2組平行對稱分布在底座[I]兩側的直線導軌，導軌方向與X軸方向平行，每根導軌上設置有相應的滑塊；底座[I]中間開有凹槽[34]，X軸直線電機[3]安裝在凹槽[34]中間，X軸直線電機[3]上設置有相應滑塊，且滑塊運動方向與X軸方向平行；所述Y軸底座[10]下底面的兩端分別與X軸導軌組[2]的導軌的兩個滑塊相固連，中間與X軸直線電機[3]的滑塊相固連；所述Y軸底座[10]上固定安裝有Y軸直線電機[11]和Y軸導軌組[12]，Y軸導軌組[12]為2組平行對稱分布在Y軸底座[10]兩側的直線導軌，導軌方向與Y軸方向平行，每根導軌上設置有相應的滑塊；Y軸底座[11]中間開有凹槽[34]，Y軸直線電機[11]安裝在凹槽[34]中間，Y軸直線電機[11]上設置有相應滑塊，滑塊運動方向與Y軸方向平行；所述連接板[9]下底面分別與Y軸導軌組[12]導軌的滑塊和Y軸直線電機[11]的滑塊相固連；連接板[9]上表面沿X軸方向固連支板[35]，支板[35]平行于連接板[9]X軸方向的表面固定安裝有Z軸電動引動器[8]，Z軸電動引動器[8]設置有相應滑塊，且滑塊的運動方向為Z軸方向；滑塊上固定安裝有L形Z軸支撐座[7]的一邊，且Z軸支撐座[7]另一邊的下底面與水平面平行，電阻絲[6]的下底面固定安裝在該邊的上表面，電阻絲[6]的上表面固定安裝有工裝臺[5]，且工裝臺[5]的上表面與水平面平行；支架臺[4]上表面沿X軸方向固定安裝有送粉電動引動器[19]，送粉電動引動器[19]上設置有相應滑塊，且滑塊的運動方向為Z軸方向，滑塊上固連有L形的送粉支撐座[16]的一邊，另一邊底部開長方形孔，粉末漏斗[17]穿過該孔并固定連接在送`粉支撐座[16]上，粉末漏斗[17]與Z軸方向平行，粉末漏斗[17]為棱柱形；粉末漏斗[17]下漏口每個棱面底端均設置一個方形薄片[36]，送粉套筒[13]方形部分通過該薄片與粉末漏斗[17]相連，送粉管道[18]放置在粉末漏斗[17]內；送粉支撐座[16]與Z軸支撐座[7]相對；氣氛保護罩[27]以支架臺[4]的上表面為底面，四周和頂面以板材圍成，抽氣裝置和送氣裝置連通氣氛保護罩[27]內部；所述振鏡系統(tǒng)[28]固定安裝在氣氛保護罩[27]的頂面，其透鏡正對氣氛保護罩[27]的頂面開口處，位于底座[I]的正上方，振鏡系統(tǒng)[28]、動態(tài)聚焦系統(tǒng)[29]、擴束裝置[30]、激光發(fā)生器[31]依次通過光纖固連；所述中央控制器[32]分別與X軸直線電機[2]、電阻絲[6]、Z軸電動引動器[8]、Y軸直線電機[10]、電磁鐵[15]、送粉管道[18]和送粉引動器[19]相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置，其特征在于:送粉套筒[13]上端為棱柱形結構，與粉末漏斗[17]的方形薄片連接；下端為圓柱形，插入深孔送粉。
3.根據(jù)權利要求1所述的選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置，其特征在于:在送粉套筒[13]和粉末漏斗[17]之間用開合擋片[14]相隔，通過開合擋片[14]控制送粉量；開合擋片[14]與電磁鐵[15] —端相連，電磁鐵[15]另一端安裝復位彈簧[37]，且電磁鐵[15]與中央控制器[32]相連，通過電磁鐵[15]磁性的啟動控制開合擋片[14]的轉動，在復位彈簧[37]作用下使開合擋片[14]恢復水平位置。
4.根據(jù)權利要求1所述的選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置，其特征在于:所述抽氣裝置由真空泵[23]、抽氣管道[24]和抽氣閥[25]組成，真空泵[23]由抽氣閥[25]控制對艙體內進行抽真空處理；充氣裝置由充氣管道[22]、氬氣供應裝置[20]和充氣閥[21]組成，氬氣供應裝置[20]由充氣閥[21]控制對艙體內進行氬氣填充。
5.根據(jù)權利要求1所述的選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置，其特征在于:氣氛保護罩[27]的側面設有艙門[33]。
6.根據(jù)權利要求1所述的選區(qū)激光熔融深孔增補修復裝置，其特征在于:還包括壓力傳感器[26]，壓力傳感器[26]`安裝在氣氛保護罩[27]的頂部，與中央控制器[32]相連。
【文檔編號】C23C24/10GK103866318SQ201410083380
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權日:2014年3月7日
【發(fā)明者】廖文和, 劉婷婷, 張凱, 崔袆赟, 李志偉, 王超 申請人:南京理工大學