激光熔覆滚压复合加工工艺和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及激光加工技术领域，尤其是一种激光熔覆滚压复合加工工艺和装置，该工艺为：激光熔覆头传导的激光束辐照于熔覆件的表面，熔覆件自转，激光熔覆头沿熔覆件轴向移动，在熔覆件表面形成熔覆层，同时外圆滚压刀在外力作用下沿熔覆件的径向施加一定压力给熔覆层，获得改性的熔覆层，该装置包括：激光熔覆头，激光熔覆头用于传导激光束；机器人，机器人包括滑动系统及设置在滑动系统上的机械手；外圆滚压刀，用于对熔覆层施加径向压力；外圆滚压刀固定在卧式车床的刀架上，本发明专利技术在激光熔覆加工过程中，利用径向引入的一定压力来改善激光熔覆层的组织和性能，具有操作方便、生产效率高和绿色环保等特点。

Laser cladding roll rolling composite processing technology and device

The present invention relates to the technical field of laser processing, especially a laser cladding composite rolling process and device, the process is: the surface is irradiated with a laser beam of laser cladding head conduction in cladding parts, cladding parts rotation, laser cladding cladding parts along the axial direction, the cladding surface formation the cladding layer, and the outer circle of the rolling knife under the action of external force along the radial cladding parts under pressure to the cladding, the cladding layer was modified, the device comprises: laser cladding, laser beam transmission of laser cladding for head; robot, robot includes a sliding system and arranged in the slide on the system of manipulator; cylindrical rolling knife, for applying the radial pressure on the cladding layer; the outer circle of the rolling knife is fixed on the turret lathe, the invention in the laser cladding process, a certain pressure is introduced to improve the radial The microstructure and properties of the laser cladding layer are characterized by easy operation, high production efficiency and green environment protection.

【技术实现步骤摘要】
激光熔覆滚压复合加工工艺和装置
本专利技术涉及激光加工
，尤其是一种激光熔覆滚压复合加工工艺和装置。
技术介绍
激光熔覆技术具有热影响区小、稀释率低、冷却快及熔覆材料与基体形成冶金结合等特点，因而在航空航天、汽车、模具、医疗和化工等行业具有重要的应用价值。但熔覆层一方面由于冷却不均匀出现残余拉应力；另一方面，由于熔池的高温导致熔覆层晶粒粗大；此外，熔覆层还会出现气孔和裂纹等缺陷。目前，这些不足之处限制了激光熔覆技术的大力推广和应用。滚压加工作为一种表面光整和表面强化技术，它利用高硬度且表面光滑的物体在零件表面滚动或滑动，对零件表层材料局部加压，超出材料屈服点后将发生塑性变形，从而修整零件表面的微观几何形状，降低表面粗糙度，同时使零件表层组织细化并产生残余压应力和冷作硬化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：为了解决现有技术中激光熔覆层存在残余拉应力、晶粒粗大和裂纹等问题，现提供一种激光熔覆滚压复合加工工艺和装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光熔覆滚压复合加工工艺，该工艺为：激光熔覆头传导的激光束辐照于熔覆件的表面，熔覆件自转，激光熔覆头沿熔覆件轴向移动，在熔覆件表面形成熔覆层，同时外圆滚压刀在外力作用下沿熔覆件的径向施加一定压力给熔覆层，获得改性的熔覆层。该工艺具体包括以下步骤：a、熔覆件依次经打磨、清洗和烘干；b、然后采用卧式车床的三爪卡盘和顶尖将烘干后的熔覆件装夹；c、激光熔覆头在机器人的机械手带动下沿熔覆件的轴向移动，卧式车床驱动熔覆件绕其轴线转动，送粉系统将烘干处理后的熔覆粉直接送进熔覆件表面的激光作用区，经激光熔覆头传导的激光束辐照使熔覆粉和熔覆件表层熔化，冷却后形成熔覆层，同时外圆滚压刀在外力作用下沿熔覆件的径向施加一定压力给熔覆层，获得改性的熔覆层。步骤c中，采用将外圆滚压刀转动设置在卧式车床的刀架上，并通过卧式车床上的丝杆机构驱动刀架朝向熔覆件方向进给，实现外圆滚压刀沿熔覆件的径向施加一定压力给熔覆层。本专利技术还提供用于实现激光熔覆滚压复合加工工艺的装置，用于对熔覆件进行熔覆形成熔覆层并对该熔覆层进行滚压的工序，该装置包括：激光熔覆头，所述激光熔覆头用于传导激光束；机器人，所述机器人包括滑动系统及设置在滑动系统上的机械手，所述滑动系统用于带动机械手沿直线方向移动，激光熔覆头夹持在机械手上；外圆滚压刀，用于对熔覆层施加径向压力；以及卧式车床，所述外圆滚压刀固定在卧式车床的刀架上，卧式车床的三爪卡盘夹持在熔覆件的一端，卧式车床的顶尖抵在熔覆件的另一端端部，激光熔覆头位于熔覆件的上方，机械手在滑动系统上的滑动方向与熔覆件的轴线平行。本方案中通过卧式车床的三爪卡盘和顶尖将熔覆件夹持，并带动熔覆件转动，调整刀架进给使得刀架上的外圆滚压刀抵在熔覆件的周面，激光熔覆头在滑动系统的带动下沿熔覆件的轴线移动，并在熔覆件表面形成熔覆层，熔覆件在熔覆的同时，外圆滚压刀沿熔覆件径向施加一定压力给熔覆层，以此改善激光熔覆层的组织和性能。进一步地，所述滑动系统包括基座、第一轴承座、第二轴承座、丝杆及电机，所述电机、第一轴承座及第二轴承座均固定在基座上，所述电机的伸出端传动连接有丝杆，所述丝杆的两端分别穿过第一轴承座和第二轴承座，所述丝杆的两端分别与第一轴承座及第二轴承座之间设置有轴承，所述丝杆上螺纹传动连接有螺母座，所述螺母座上固定有滑板，所述滑板与基座滑动连接，所述机械手固定在滑板上，通过电机驱动丝杆转动，螺母座在丝杆的传动作用下沿直线方向移动，机械手跟随螺母座移动，从而实现激光熔覆头在机械手的带动下沿熔覆件的轴向移动。进一步地，所述基座上设置有轨道，所述滑板上开设有与轨道相匹配的滑槽，所述轨道滑动设置在滑槽内，通过滑板与轨道的滑动连接，从而将螺母座限制在沿丝杆的轴线方向移动。具体地，所述电机的输出端与丝杆之间通过联轴器传动连接，电机通过联轴器将扭矩传递给丝杆，带动丝杆转动。进一步地，所述机械手包括机械手本体、机械臂及夹持机构，所述机械手本体固定在滑板上，所述机械臂的一端连接在机械手本体上，另一端固定所述夹持机构，激光熔覆头夹持在夹持机构上。具体地，所述外圆滚压刀具有刀柄和圆盘形滚轮，滚轮转动设置在刀柄上，所述刀柄固定在所述卧式车床的刀架上，所述滚轮的轴线与熔覆件的轴线平行。优选地，所述激光熔覆头的激光束辐照方向与熔覆件的轴线垂直。本专利技术的有益效果是：本专利技术在激光熔覆加工过程中，利用径向引入的一定压力来改善激光熔覆层的组织和性能，具有操作方便、生产效率高和绿色环保等特点，本专利技术的具体优点细化如下：1)、能诱导产生残余压应力层，残余压应力能够对细小裂纹扩展起到闭合作用，降低裂纹的扩展速率，从而有效地延长熔覆件疲劳寿命；2)、细化表层晶粒，晶粒细化可以增加单位体积内的晶粒数目和晶界百分数，进而增加微裂纹扩展阻力，延长熔覆件疲劳寿命；3)、本专利技术具有操作方便、生产效率高和绿色环保的特点。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术激光熔覆滚压复合加工装置的主视示意图；图2是本专利技术激光熔覆滚压复合加工装置的俯视示意图；图3是本专利技术激光熔覆滚压复合加工装置中滑动系统的示意图；图4是本专利技术中施加一定径向压力时熔覆层的微观组织；图5是本专利技术中未施加一定径向压力时熔覆层的微观组织。图中：1、激光熔覆头；2、滑动系统，2-1、基座，2-2、第一轴承座，2-3、第二轴承座，2-4、丝杠，2-5、电机，2-6、轴承，2-7、螺母座，2-8、滑板，2-9、轨道，2-10、联轴器，2-11、支座，2-12、螺柱，2-13、调节螺母，2-14、安装座，2-15、止推环，2-16、端盖；3、机械手，3-1、机械手本体，3-2、机械臂；4、外圆滚压刀，4-1、刀柄，4-2、滚轮；5、卧式车床，5-1、刀架，5-2、三爪卡盘，5-3、顶尖；6、熔覆件。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。实施例1如图1-3所示，一种激光熔覆滚压复合加工装置，用于对熔覆件6进行熔覆形成熔覆层并对该熔覆层进行滚压的工序，该装置包括：激光熔覆头1，激光熔覆头1用于传导激光束；机器人，机器人包括滑动系统2及设置在滑动系统2上的机械手3，滑动系统2用于带动机械手3沿直线方向移动，激光熔覆头1夹持在机械手3上；外圆滚压刀4，用于对熔覆层施加径向压力；以及卧式车床5，外圆滚压刀4固定在卧式车床5的刀架5-1上，卧式车床5的三爪卡盘5-2夹持在熔覆件6的一端，卧式车床5的顶尖5-3抵在熔覆件6的另一端端部，激光熔覆头1位于熔覆件6的上方，机械手3在滑动系统2上的滑动方向与熔覆件6的轴线平行。滑动系统2包括基座2-1、第一轴承座2-2、第二轴承座2-3、丝杆2-4及电机2-5，电机2-5、第一轴承座2-2及第二轴承座2-3均固定在基座2-1上，电机2-5的伸出端传动连接有丝杆2-4，丝杆2-4的两端分别穿过第一轴承座2-2和第二轴承座2-3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光熔覆滚压复合加工工艺，其特征在于：该工艺为：激光熔覆头(1)传导的激光束辐照于熔覆件(6)的表面，熔覆件(6)自转，激光熔覆头(1)沿熔覆件(6)轴向移动，在熔覆件(6)表面形成熔覆层，同时外圆滚压刀(4)在外力作用下沿熔覆件(6)的径向施加一定压力给熔覆层，获得改性的熔覆层。

【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆滚压复合加工工艺，其特征在于：该工艺为：激光熔覆头(1)传导的激光束辐照于熔覆件(6)的表面，熔覆件(6)自转，激光熔覆头(1)沿熔覆件(6)轴向移动，在熔覆件(6)表面形成熔覆层，同时外圆滚压刀(4)在外力作用下沿熔覆件(6)的径向施加一定压力给熔覆层，获得改性的熔覆层。2.根据激光熔覆滚压复合加工工艺，其特征在于：该工艺具体包括以下步骤：a、熔覆件(6)依次经打磨、清洗和烘干；b、然后采用卧式车床(5)的三爪卡盘(5-2)和顶尖(5-3)将烘干后的熔覆件(6)装夹；c、激光熔覆头(1)在机器人的机械手(3)带动下沿熔覆件(6)的轴向移动，卧式车床(5)驱动熔覆件(6)绕其轴线转动，送粉系统将烘干处理后的熔覆粉直接送进熔覆件(6)表面的激光作用区，经激光熔覆头(1)传导的激光束辐照使熔覆粉和熔覆件(6)表层熔化，冷却后形成熔覆层，同时外圆滚压刀(4)在外力作用下沿熔覆件(6)的径向施加一定压力给熔覆层，获得改性的熔覆层。3.根据权利要求2所述的激光熔覆滚压复合加工工艺，其特征在于：步骤c中，采用将外圆滚压刀(4)的刀柄(4-1)固定在卧式车床(5)的刀架(5-1)上，并通过刀架(5-1)朝向熔覆件(6)方向进给，实现外圆滚压刀(4)沿熔覆件(6)的径向施加一定压力给熔覆层。4.一种激光熔覆滚压复合加工装置，用于对熔覆件(6)进行熔覆形成熔覆层并对该熔覆层进行滚压的工序，其特征在于：该装置包括：激光熔覆头(1)，所述激光熔覆头(1)用于传导激光束；机器人，所述机器人包括滑动系统(2)及设置在滑动系统(2)上的机械手(3)，所述滑动系统(2)用于带动机械手(3)沿直线方向移动，激光熔覆头(1)夹持在机械手(3)上；外圆滚压刀(4)，用于对熔覆层施加径向压力；以及卧式车床(5)，所述外圆滚压刀(4)固定在卧式车床(5)的刀架(5-1)上，卧式车床(5)的三爪卡盘(5-2)夹持在熔覆件(6)的一端，卧式车床(5)的顶尖(5-3)抵在熔覆件(6)的另一端端部，激光熔覆头(1)位于熔覆件(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛茂忠，陈逸，范真，杨晓红，朱福先，杨超，卢雅琳，杨林，吉庭婷，杨刚，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32