本发明专利技术公开了一种可滚压与冷热处理协同改性的激光熔覆制造装置，该装置可通过激光熔覆、滚压强化、热处理、冷处理的交替或复合作用实现两种或多种工艺的组合，满足多种改性功能，解决了激光熔覆改性设备布置分散，结构繁琐，功能单一的问题。可利用激光头的熔覆与滚压头的滚压交替顺序作用实现对金属零件的激光熔覆与滚压强化的复合高效制造，可通过控制冷热盘及氮喷管的形状以控制冷热氮的喷射区域及位置，实现对不同形状复杂曲面的冷热处理；通过温度控制系统，调控冷热腔的热氮或液氮的喷射量，实现精准温控下的冷热处理；可通过热氮的可调控喷射实现对金属零件的精准温控热处理，将热处理与滚压工艺组合，实现中高温环境下的滚压强化。温环境下的滚压强化。温环境下的滚压强化。
【技术实现步骤摘要】
一种可滚压与冷热处理协同改性的激光熔覆制造装置
[0001]本专利技术涉及表面工程
，具体涉及一种可用于板类、轴类及具有复杂表面特征的金属零件的表面改性或修复、滚压与冷热处理协同改性的复合装置。
技术介绍
[0002]激光熔覆技术是一种先进的材料表面改性技术，它是以激光为热源，将填充材料和基材表面一起熔凝，在基材表面形成与其冶金结合的熔覆层，从而显著改善其表面耐磨、耐蚀、耐热等性能的工艺。该技术可对局部易破损的零部件进行表面强化及修复，以延长其使用寿命，有利于降低成本，提高效益。与其他表面强化技术相比，激光熔覆技术具有能量密度高，加热速度快，对基材的热影响区域小，引起的工件热变形小，冷却速度快，涂层晶粒细小，组织致密，涂层与基体结合强度高，材料选择性广等优点，已被用于航空航天、矿山机械、石油化工、汽车船舶、轨道交通等领域。
[0003]然而，由于激光熔覆技术本身“急热骤冷”的特点，在熔覆过程中易形成过大的温度梯度，进而导致熔覆层中存在较大的残余应力，具有较高的开裂敏感性和组织不均匀性。为减少热应力的产生，在激光熔覆前后，通常都会进行预热、滚压等改性处理，现有的激光熔覆改性设备不但布置分散，结构繁琐，而且适用范围与改善效果都有很大局限性。对于预热，一方面，当前的预热措施普适性较差，无法满足不同尺寸或不同形状工件的预热，另一方面当前的预热措施无法控制预热温度或控制精度不高，能量利用率低，降低残余应力的效果不明显；对于滚压，现有滚压工艺不但结构繁琐，而且普适性较差，只能滚压轴类或板类零件，无法满足复杂表面的滚压，另外，室温条件下对高硬度熔覆层的效果不显著，增加挤压力又易造成熔覆层的过度硬化和开裂，极大限制了滚压的效果和使用范围。
[0004]朱剑，张常胜，沈学会等，超声滚压和热处理协同强化铁基合金激光熔覆层性能研究[J]，电加工与模具，2022年第3期，公开了一种熔覆层后处理工艺方法，该方法中的加热方式为利用卤素灯加热，加热温度及加热工件的尺寸非常有限，加热温度难以控制，能量利用率低,且该方法中的滚压装置只能滚压平面，无法对复杂曲面进行滚压，另外该方法还存在结构繁琐，操作复杂等不足。
技术实现思路
[0005]为了实现金属零件的激光熔覆与改性处理的高度复合作业、提高改性处理的功能集成性及适用范围、提高激光熔覆的表面改性质量，本专利技术提供了一种可滚压与冷热处理协同改性的激光熔覆制造装置，主要具有以下功能：1、实现普通金属零件或具有复杂曲面特征的金属零件的激光熔覆
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滚压的顺序交替作用；2、实现对普通形状或具有复杂曲面特征的零件进行精准温控下的冷热处理；3、实现精准温控环境下的热处理与激光熔覆的协同改性或热处理与滚压强化的协同改性；4、实现对普通形状或具有复杂曲面特征的零件精准温控环境下的表面淬火、回火等热处理。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]本专利技术提出的可滚压与冷热处理协同改性的激光熔覆制造装置，包括工具头转换模块，所述的工具头转换模块包括转动盘和固定盘，所述的转动盘与固定盘之间转动连接，在所述的转动盘上设置第一接口和第二接口，第一接口与激光熔覆模块相连，第二接口与滚压模块连接，在滚压工具头的外圈设置冷热处理模块，所述的冷热处理模块包括转动安装在滚压工具头壳体上的冷热盘，所述的冷热盘包括盘座、热氮装置和冷氮装置，在盘座的外圈设置多个与盘座铰接的型腔链，型腔链可绕盘座中心转动，整体可呈圆形辐射状布置，也可组成矩形等其他盘形，每个型腔链包括多个依次铰接的型腔，每个型腔底为针孔面板，面板上布有温度传感器；冷热盘的形状能根据零件的形状进行调整，型腔链分别与热氮装置、冷氮装置相连通。
[0008]作为进一步的技术方案，所述的激光熔覆模块包括喷嘴、激光头和送粉管，所述的喷嘴与激光头相连，送粉管位于激光头的外圈；所述的激光头驱动模块驱动激光熔覆头上下移动，实现激光头工作位置与非工作位置的固定。
[0009]作为进一步的技术方案，所述的激光熔覆模块还包括光纤、冷却水管、保护气管、第一送粉管、第二送粉管、光纤激光器、送粉器，其中光纤激光器通过光纤与激光头上端相连，光纤激光器提供金属沉积所需能量，激光头下端连接冷却水管、保护气管、第一送粉管、第二送粉管，第一送粉管和第二送粉管外接送粉器，实现同步送粉。
[0010]作为进一步的技术方案，所述的激光头驱动模块包括液压缸、活塞、导杆，三个部件同处于一轴线，活塞与导杆上端固连，导杆下端与激光头上端面中间位置固连，实现导杆与激光头同步运动。
[0011]作为进一步的技术方案，所述的滚压模块包括滚压杆、滚压球，滚压杆下端安装滚压球，液压控制系统根据设定压力控制滚压杆的伸缩，带动滚压球的轴向移动，从而实现恒压滚压。
[0012]作为进一步的技术方案，所述的滚压模块还包括壳体、上位机、电液伺服阀、液压缸、活塞、导杆，液压缸与壳体上端内面固连，导杆一端与活塞固连，另一端与滚压杆连接，滚压杆下端安装滚压球，实现导杆与滚压球同步运动，滚压杆内设压力传感器，根据上位机设定的滚压力与压力传感器反馈的信号通过电液伺服阀调控液压缸导杆的伸缩，带动滚压球的轴向移动，直至对零件表面的滚压力到达设定压力。
[0013]作为进一步的技术方案，所述的工具头转换模块还包括电机、蜗杆、蜗轮，其中电机安装在固定盘内壁上，电线通过固定盘上的小孔外接电源，蜗杆与电机连接作为其输出轴，蜗轮与转动盘做成一体，电机输出动力带动蜗杆转动并通过蜗杆蜗轮的啮合带动转动盘转动，实现工具头的切换。
[0014]作为进一步的技术方案，所述的热氮装置，包括氮气加热器、热氮环形管、热氮管、热氮喷管和氮气罐，其中，氮气加热器与氮气罐连接，热氮环形管设置在壳体外圈，热氮环形管与氮气加热器之间通过热氮管相连，沿着热氮环形管的圆周方向设置与其连通的热氮喷管，热氮喷管与所述的冷热盘相连通。
[0015]作为进一步的技术方案，所述的冷氮装置，包括冷氮环形管、冷氮管、冷氮喷管和液氮罐，所述的液氮罐与冷氮管相连，冷氮管与冷氮环形管相连，冷氮环形管设置在壳体外圈，沿着冷氮环形管的圆周方向设置与其连通的冷氮喷管，冷氮喷管与所述的冷热盘相连通。
[0016]作为进一步的技术方案，在所述的冷氮喷管、热氮喷管上还安装有分开关及温控阀，温控阀与温度传感器、上位机连接，根据上位机设定温度与温度传感器反馈信号通过温控阀调控输入每个腔内的液氮温度。
[0017]本专利技术可通过激光熔覆、滚压、冷处理、热处理的交替或复合作用实现两种或多种工艺的组合，满足多种改性功能，协同提高表面强化或修复的质量，包括激光熔覆模块、滚压模块、工具头转换模块、冷热处理模块。所述的工具头转换模块的固定盘与机械臂连接，所述的转动盘固连两个法兰接口，分别与激光熔覆头和滚压工具头连接，转动盘通过绕固定盘转动，实现工作工具头的切换，该结构可实现工作工具头与机械臂同轴线，进而实现机械臂与工作工具头的同步运动；所述的滚压模块包括滚压杆、滚压球，滚压杆下端安装滚压球，液压控制系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可滚压与冷热处理协同改性的激光熔覆制造装置，其特征在于，包括激光熔覆模块、激光头驱动模块、工具头转换模块、滚压模块和冷热处理模块，所述的工具头转换模块包括转动盘和固定盘，所述的转动盘与固定盘之间转动连接，在所述的转动盘上设置第一接口和第二接口，第一接口与激光熔覆模块相连，第二接口与滚压模块连接，在滚压工具头的外圈设置冷热处理模块，所述的冷热处理模块包括冷热盘、热氮装置、冷氮装置，所述的冷热盘转动安装在滚压工具头壳体上，冷热盘包括盘座、型腔链，多个型腔链布置在盘座的外圈，与盘座铰接，型腔链可绕盘座中心转动，整体可呈辐射状布置；每个型腔链包括多个依次铰接的型腔，每个型腔底为针孔面板，面板上布有温度传感器；冷热盘的形状能根据零件的形状进行调整，型腔链分别与热氮装置、冷氮装置相连通。2.如权利要求1所述的可滚压与冷热处理协同改性的激光熔覆制造装置，其特征在于，所述的激光熔覆模块包括喷嘴、激光头和送粉管，所述的喷嘴与激光头相连，送粉管位于激光头的外圈；所述的激光头驱动模块驱动激光熔覆头上下移动，实现激光头工作位置与非工作位置的固定。3.如权利要求2所述的可滚压与冷热处理协同改性的激光熔覆制造装置，其特征在于，所述的激光熔覆模块还包括光纤、冷却水管、保护气管、第一送粉管、第二送粉管、光纤激光器、送粉器，其中光纤激光器通过光纤与激光头上端相连，光纤激光器提供金属沉积所需能量，激光头下端连接冷却水管、保护气管、第一送粉管、第二送粉管，第一送粉管和第二送粉管外接送粉器，实现同步送粉。4.如权利要求2所述的一种可滚压与冷热处理协同改性的激光熔覆制造装置，其特征在于，所述的激光头驱动模块包括液压缸、活塞、导杆，三个部件同处于一轴线，活塞与导杆上端固连，导杆下端与激光头上端面中间位置固连，实现导杆与激光头同步运动。5.如权利要求1所述的可滚压与冷热处理协同改性的激光熔覆制造装置，其特征在于，所述的滚压模块包括滚压杆、滚压球，滚压杆下端安装滚压球，液压控制系统根据设定...
【专利技术属性】
技术研发人员：李燕乐，潘忠涛，高德顺，戚小霞，李方义，李剑峰，崔维强，牛家亭，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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