本发明专利技术公开了一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置及方法，涉及超高速激光熔覆技术领域。该改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置，包括用于对待加工零件进行激光熔覆的超高速激光熔覆机床和设置在超高速激光熔覆机床上的激光头，还包括冷却系统、运动系统、计算机控制系统。通过在冷却系统空心圆环两端相对位置分别设置两个进气通道，且进气通道与圆环径向垂直，可使冷却气充分充满内流道并形成正压，达到最佳冷却效果，从而减小热累积，以免破坏熔覆层的几何尺寸精度，解决了现有超高速激光熔覆装置随着熔覆层数的增加，激光熔池体积会在热累积影响下逐渐增大，破坏熔覆层的几何尺寸精度，对待加工零件质量造成严重损害的问题。造成严重损害的问题。造成严重损害的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置及方法
[0001]本专利技术涉及超高速激光熔覆
，具体为一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置及方法。
技术介绍
[0002]超高速激光熔覆技术是一种以激光为能量源的新型制造技术，目前主要用于轴类零件的表面熔覆。超高速激光熔覆的光斑直径与传统激光熔覆相比更小，因此在相同的激光能量输入条件下具有更高的激光能量密度。此外，在超高速激光熔覆技术沉积过程中，粉末原材料在熔池上方与激光发生相互作用受热熔化，由于大部分粉末在进入熔池前已经发生熔化，只有少量的未熔粉末需要在熔池中受热熔化。因此，与传统激光熔覆技术相比，超高速激光熔覆技术拥有更高的加工速率。
[0003]由于超高速激光熔覆的激光能量密度较大，热累积现象与传统激光熔覆相比更为严重。随着熔覆层数的增加，激光熔池体积会在热累积影响下逐渐增大，破坏熔覆层的几何尺寸精度，对待加工零件质量造成严重损害。因此，研发一种能够改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置及方法十分必要。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置及方法，解决了现有超高速激光熔覆装置随着熔覆层数的增加，激光熔池体积会在热累积影响下逐渐增大，破坏熔覆层的几何尺寸精度，对待加工零件质量造成严重损害的问题。
[0005]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置，包括用于对待加工零件进行激光熔覆的超高速激光熔覆机床和设置在超高速激光熔覆机床上的激光头，还包括冷却系统、运动系统、计算机控制系统，所述冷却系统固定于运动系统上方，在所述运动系统控制下跟随激光头在熔覆过程中沿待加工零件的轴向方向运动；所述冷却系统包括具有内部流道的空心的圆环和扇形的挡气板，所述圆环的两端相对位置分别设置两个进气通道，两个所述进气通道与圆环径向垂直，所述圆环的内侧设置有若干出气孔，以使冷却气从出气孔流出对刚熔覆完的表面进行气冷降温，所述挡气板固定在圆环与激光头相邻一侧，用于防止出气孔流出的气体干扰激光头的粉末流；所述运动系统为一个可沿待加工零件轴向方向做往复运动的平台，所述运动系统与计算机控制系统通过导线相连，所述计算机控制系统用于控制冷却系统进行气冷及控制运动系统带动冷却系统运动。
[0006]进一步地，所述平台厚度设置为60
±
10mm，沿待加工零件轴向方向的尺寸设置为50
±
10mm、沿待加工零件径向方向的尺寸为冷却系统圆环外径
±
10mm。
[0007]进一步地，所述圆环的内径为待加工零件直径的+5～10mm。
[0008]进一步地，所述进气通道与内部流道的直径在5～15mm之间。
[0009]进一步地，所述圆环的壁厚在10～15mm之间。
[0010]进一步地，相邻两个所述出气孔的间隔为15～25
°
。
[0011]进一步地，所述出气孔形状为由两个平顶圆锥体构成的漏斗状。
[0012]进一步地，其中一个所述平顶圆锥体的底面直径在8～12mm之间，顶面直径在6～10mm之间，高度在3～5mm之间，在所述圆环的经面上，平顶圆锥体与圆环的切向夹角分别为100～120
°
及130～150
°
；另一个所述平顶圆锥体的底面直径在6～10mm之间，顶面直径在4～6mm之间，高度在7～10mm之间，在所述圆环的经面上，平顶圆锥体与圆环的切向夹角分别为40～60
°
及120～130
°
。
[0013]进一步地，所述挡气板的扇形弧度在80～100
°
之间，厚度在3～8mm之间，径向宽度在23～43mm之间。
[0014]一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的方法，用于上述的改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置，包括以下步骤：S1、将待加工的轴固定在超高速激光熔覆设备的数控转台上；S2、将待加工的轴套入冷却系统的圆环内；S3、按照设定的工艺参数对轴的表面进行第一层激光熔覆，冷却系统的圆环在运动系统带动下随激光头同方向运动，同时通过冷却系统对已熔覆表面进行吹气降温；S4、第一层加工完成后，重复S3的步骤，直至完成所有熔覆层的成形。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：
[0016](1)、该改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置，通过在冷却系统空心圆环两端相对位置分别设置两个进气通道，且进气通道与圆环径向垂直，可使冷却气充分充满内流道并形成正压，达到最佳冷却效果，从而减小热累积，以免破坏熔覆层的几何尺寸精度，解决了现有超高速激光熔覆装置随着熔覆层数的增加，激光熔池体积会在热累积影响下逐渐增大，破坏熔覆层的几何尺寸精度，对待加工零件质量造成严重损害的问题。
[0017](2)、该改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置，通过将冷却系统出气孔形状设置为由两个平顶圆锥体构成的漏斗状，并对其分布位置及尺寸进行限定，不仅可以使内部流道气流经过出气孔吹到待加工零件表面时具有较大的流速，能够更好地起到冷却效果，还可以使加工量最小、使用的材料最少，使本专利技术设备的成本与制造难度均较低。
[0018]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例中的冷却系统主视图。
[0020]图2为本专利技术实施例中的冷却系统俯视图。
[0021]图3为本专利技术实施例中的冷却系统侧视图。
[0022]图4为本专利技术实施例中冷却系统挡气板主视图。
[0023]图5为本专利技术实施例中冷却系统挡气板俯视图。
[0024]图6为本专利技术实施例中冷却系统挡气板侧视图。
[0025]图7为图3中A
‑
A面的剖视图。
[0026]图8为图7中区域B的局部放大图。
[0027]图9为图8中区域C的局部放大图。
[0028]图10为图9中CD
‑
CD面的剖视图。
[0029]图11为本专利技术实施例中的超高速激光熔覆轴类零件过程示意图。
[0030]图12为本专利技术实施例中冷却系统的三维结构示意图。
[0031]图13为本专利技术实施例改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的方法流程图。
[0032]图中，1、冷却系统；2、运动系统；3、计算机控制系统；4、激光头；5、待加工零件；6、圆环；7、挡气板；8、进气通道；9、出气孔；10、内部流道；11、超高速激光熔覆机床。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置，包括用于对待加工零件(5)进行激光熔覆的超高速激光熔覆机床(11)和设置在超高速激光熔覆机床(11)上的激光头(4)，其特征在于，还包括冷却系统(1)、运动系统(2)、计算机控制系统(3)，所述冷却系统(1)固定于运动系统(2)上方，在所述运动系统(2)控制下跟随激光头(4)在熔覆过程中沿待加工零件的轴向方向运动；所述冷却系统(1)包括具有内部流道(10)的空心的圆环(6)和扇形的挡气板(7)，所述圆环(6)的两端相对位置分别设置两个进气通道(8)，两个所述进气通道(8)与圆环(6)径向垂直，所述圆环(6)的内侧设置有若干出气孔(9)，以使冷却气从出气孔(9)流出对刚熔覆完的表面进行气冷降温，所述挡气板(7)固定在圆环(6)与激光头(4)相邻一侧，用于防止出气孔(9)流出的气体干扰激光头(4)的粉末流；所述运动系统(2)为一个可沿待加工零件轴向方向做往复运动的平台，所述运动系统(2)与计算机控制系统(3)通过导线相连，所述计算机控制系统(3)用于控制冷却系统(1)进行气冷及控制运动系统(2)带动冷却系统(1)运动。2.根据权利要求1所述的一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置，其特征在于：所述平台厚度设置为60
±
10mm，沿待加工零件轴向方向的尺寸设置为50
±
10mm、沿待加工零件径向方向的尺寸为冷却系统(1)的圆环(6)外径
±
10mm。3.根据权利要求2所述的一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置，其特征在于：所述圆环(6)的内径为待加工零件直径的+5～10mm。4.根据权利要求3所述的一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置，其特征在于：所述进气通道(8)与内部流道(10)的直径在5～15mm之间。5.根据权利要求4所述的一种改善轴类零件表面超高速激光熔覆质量的装置，其特征在于：所述圆环(6)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴宇，贺晓勇，刘伟，陈冰清，高超，周标，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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