【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于快速成型
，尤其是涉及一种轧辊等离子3D打印再制造设备及再制造方法。
技术介绍
轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。它主要承受轧制时的动静载荷、磨损和温度变化的影响。轧辊包括芯部(也称辊芯，包括辊轴和辊颈)和同轴布设在芯部外侧的辊身外层(也称外层或工作层)。复合轧辊的辊身外层和芯部用不同材质制作，两种材质之间为冶金结合，辊身外层为工作层且其外表面为辊面，轧辊既能满足轧机对辊身耐磨性、抗热疲劳等性能的要求，同时又保证了芯部和辊颈的强韧性。复合轧辊的辊身外层和芯部材质主要根据轧辊所在机架对其使用性能的具体要求选定。常用的复合轧辊的辊身外层材料有冷硬铸铁、无界冷硬铸铁、球墨铸铁、高铬铸铁、合金钢、半钢、高铬钢、高速钢、硬质合金等；芯部常用材料为灰铸铁、球墨铸铁、铸钢、锻钢。轧辊(如热轧辊)是轧钢过程中最主要的易损件，实际使用过程中，要承受复杂的冷热疲劳、热氧化和高温磨损等作用，使得轧辊辊面很容易磨损，尺寸超差时必须停机换辊。轧辊的使用寿命在很大程度上决定轧钢的生产效率和成本。为此，人们正在采取各种工艺手段对尺寸超差的轧辊进行再制造，实现再次使用，降低成本。目前，对轧辊进行再制造时，主要采用的是激光熔覆方法。如2006年7月5日公开的公开号为CN1796602A的中国专利技术专利“一种修复大型轧辊的方法”中公开了一种采用堆焊技术和激光熔覆技术相结合进行...
【技术保护点】
一种轧辊等离子3D打印再制造设备，其特征在于：由监控系统、等离子束流加工系统、对待修复轧辊进行机加工的机加工装置(27)和供待修复轧辊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轧辊绕其辊芯(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，所述辊芯(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)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粉装置均位于水平旋转机构(4)上方，所述送粉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；所述送粉装置的送粉口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；所述打印位置调整装置包括带动所述等离子体发生器...
【技术特征摘要】
1.一种轧辊等离子3D打印再制造设备，其特征在于：由监控系统、等离子束流加工系
统、对待修复轧辊进行机加工的机加工装置(27)和供待修复轧辊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
修复轧辊绕其辊芯(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，所述辊芯(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)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粉装置均位于水平旋转机构(4)上方，所述送粉装置位于
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；所述送粉装置的送粉口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；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粉装置同步在
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、所述送粉装置与所述水平
移动装置同步移动并相应对所述喷头的出口与辊芯(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粉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轧辊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辊芯(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)对辊芯(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，所述温度检测单元(9)和距离检测单元(8)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所述的一种轧辊等离子3D打印再制造设备，其特征在于：所述待修复
轧辊为存在局部缺陷和/或辊身磨损缺陷的轧辊，所述局部缺陷为破损或开裂，所述辊身磨
损缺陷为所述待修复轧辊的辊身外层(3-2)存在磨损；所述水平旋转机构(4)的上方设置有
对所述待修复轧辊上存在的缺陷进行检测的超声波检测装置(28)或三维激光扫描仪。
3.按照权利要求1或2所述的一种轧辊等离子3D打印再制造设备，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)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)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(19)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所述的一种轧辊等离子3D打印再制造设备，其特征在于：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；
所述监控系统还包括对所述送粉装置的送粉流量进行实时检测的粉末流量检测单元
(18)和对驱动电机(14)进行控制的送粉流量控制器(20)，所述粉末流量检测单元(18)与送
粉流量控制器(20)连接。
5.按照权利要求1或2所述的一种轧辊等离子3D打印再制造设备，其特征在于：所述等
离子体发生器产生的等离子束的中心轴线与竖直面之间的夹角不大于45°；所述打印距离
调节装置为沿所述等离子束的中心轴线对所述喷头进行上下调整的上下调整装置(17)，所
述距离检测单元(8)为对沿所述等离子束的中心轴线从所述喷头的出口到辊芯(3-1)之间
的距离进行实时检测的距离检测装置。
6.按照权利要求1或2所述的一种轧辊等离子3D打印再制造设备，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
动辊芯(3-1)进行旋转的旋转驱动机构(4-2)，所述辊芯(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辊芯(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。
7.一种利用如权利要求1所述再制造设备对待修复轧辊进行等离子3D打印再制造的方
法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、轧辊缺陷检测：对所述待修复轧辊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；
所述待修复轧辊上存在的缺陷为局部缺陷和/或辊身磨损缺陷，所述局部缺陷为破损
或开裂，所述辊身磨损缺陷为所述待修复轧辊的辊身外层(3-2)存在磨损；
步骤二、轧辊修复：采用所述轧辊等离子3D打印再制造设备，对步骤一中检测出的所述
待修复轧辊上存在的缺陷分别进行修复，过程如下：
步骤201、局部缺陷修复判断：根据步骤一中的轧辊缺陷检测结果，判断是否需进行局
部缺陷修复：当步骤一中检测出所述待修复轧辊上存在所述局部缺陷时，需对所述待修复
轧辊进行局部缺陷修复，并进入步骤202；否则，进入步骤203；
步骤202、局部缺陷修复：根据步骤一中的轧辊缺陷检测结果，对所述待修复轧辊上存
在的各局部缺陷分别进行修复，直至完成所述待修复轧辊上存在的所有局部缺陷的修复过
程；
所述待修复轧辊上所有局部缺陷的修复方法均相同；对所述待修复轧辊上存在的任一
个所述局部缺陷进行修复时，包括以下步骤：
步骤2021、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
动所述待修复轧辊绕其辊芯(3-1)的中心轴线进行旋转，直至将当前所修复局部缺陷所处
位置旋转至辊芯(3-1)的中心轴线上方；再采用所述机加工装置(27)对所述待修复轧辊上
当前所修复局部缺陷所处区域进行去除，获得与当前所修复局部缺陷对应的待填充区域；
步骤2022、等离子3D打印：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，完成当前所修复局部缺陷的修复过程；
步骤203、辊身磨损缺陷修复判断：根据步骤一中的轧辊缺陷检测结果，判断是否需进
行辊身磨损缺陷修复：当步骤一中检测出所述待修复轧辊上存在辊身磨损缺陷时，需对所
述待修复轧辊进行辊身磨损缺陷修复，并进入步骤204；否则，完成所述待修复轧辊的再制
造过程；
步骤204、辊身磨损缺陷修复：根据步骤一中的轧辊缺陷检测结果，采用所述等离子束
流加工系统，对所述待修复轧辊的辊身外层(3-2)的磨损区域进行修复，完成所述待修复轧
辊的再制造过程。
8.按照权利要求7所述的对待修复轧辊进行等离子3D打印再制造的方法，其特征在于：
步骤一中进行轧辊缺陷检测时，通过旋转控制器(15)控制水平旋转机构(4)带动辊芯(3-1)
绕其中心轴线进行旋转，且辊芯(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(28)或三维激光扫描仪对所述待修复轧辊上存在的缺陷进行检测；
步骤二中完成轧辊修复后，获得修复后轧辊；之后，通过旋转控制器(15)控制水平旋转
机构(4)带动辊芯(3-1)绕其中心轴线进行旋转，且所述待修复轧辊旋转过程中，采用机加
工装置(27)对所述修复后轧辊进行精加工。
9.按照权利要求7或8所述的对待修复轧辊进行等离子3D打印再制造的方法，其特征在
于：步骤一中进行轧辊缺陷检测时，当检测出所述待修复轧辊上存在辊身磨损缺陷时，还需
对所述待修复轧辊的辊身外层(3-2)的磨损程度进行判断：当判断出辊身外层(3-2)的磨损
程度为部分磨损时，步骤204中采用直接修复法或外层去除后再修复法进行辊身磨损缺陷
修复；当判断出辊身外层(3-2)的磨损程度为全部磨损时，步骤204中进行辊身磨损缺陷修
复时，过程如下：
步骤204-1、三维立体模型获取及分层切片处理：采用数据处理设备且调用图像处理模
块获取辊身外层(3-2)的三维立体模型，再调用分层切片模块对辊身外层(3-2)的三维立体
模型进行分层切片，并获得多个分层截面图像；
多个所述分层截面图像为对辊身外层(3-2)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内至外均匀布设；
步骤204-2、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204-1
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204-3、打印路径获取：所述数据处理设备根据步骤204-2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...
【专利技术属性】
技术研发人员：华云峰，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
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