基于真空环境冷喷涂增材制造设备制造技术

本发明专利技术涉及增材工艺技术领域，具体为基于真空环境冷喷涂增材制造设备，包括舱室、喷涂枪、气路组件、输粉组件、机械臂、前道块和后道轮，舱室内安置待冷喷涂的工件，舱室为封闭结构，机械臂基座安装在舱室内壁，机械臂端部安装喷涂枪，气路组件抽吸舱室内部空间维持负压环境，输粉组件为喷涂枪供应喷涂原料金属粉；气路组件包括真空泵、气体罐、喷枪气路、输粉气路，真空泵进口连接舱室内壁，真空泵出口连接气体罐，气体罐出口设置喷枪气路连接喷涂枪供应作业气体，气体罐出口还设置输粉气路穿过输粉组件后注入喷涂枪内。前道块和后道轮在喷涂枪的喷涂前进路径上分别位于喷涂枪的前后方，前道块和后道轮均与工件接触并在工件上加载电流。电流。电流。

【技术实现步骤摘要】
基于真空环境冷喷涂增材制造设备


[0001]本专利技术涉及增材工艺
，具体为基于真空环境冷喷涂增材制造设备。

技术介绍

[0002]增材制造，即在工件表面以增加材料的方式来达到加工目的的技术，一般指冷喷涂工艺，冷喷涂过程中，将金属粉以超音速、固态喷射到工件表面，金属粉产生塑性形变并与基材工件表面结合，一种特种加工工艺，且应用范围在逐渐增大。
[0003]现有技术中，冷喷涂仍然沿用原始的设计理念，当工件表面存在氧化层或者基材与金属粉的材料性质差异较大时，目前的冷喷涂手段获得涂层与基材结合并不紧密，而且，喷涂层外表面也粗糙度较大，需要后道加工步骤，喷涂层中，颗粒之间存在一些孔隙，影响喷涂层强度，喷涂过程消耗的惰性气体也产生了很大浪费，这些都是目前增材制造
所需要解决的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于真空环境冷喷涂增材制造设备，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]基于真空环境冷喷涂增材制造设备，制造设备包括舱室、喷涂枪、气路组件、输粉组件、机械臂，舱室内安置待冷喷涂的工件，舱室为封闭结构，机械臂基座安装在舱室内壁，机械臂端部安装喷涂枪，气路组件抽吸舱室内部空间维持负压环境，输粉组件为喷涂枪供应喷涂原料金属粉；
[0007]气路组件包括真空泵、气体罐、喷枪气路、输粉气路，真空泵进口连接舱室内壁，真空泵出口连接气体罐，气体罐出口设置喷枪气路连接喷涂枪供应作业气体，气体罐出口还设置输粉气路穿过输粉组件后注入喷涂枪内。
[0008]舱室构建负压真空环境，让冷喷涂作业时使用的惰性气体能够重复使用，气体例如氮气、氦气的混合物，喷涂枪将金属粉在固态下加速到超音速状态喷射到工件表面，金属粉颗粒塑性形变粘结到工件表面，完成增材工艺过程。
[0009]制造设备还包括前道块和后道轮，前道块和后道轮均安装到机械臂上，前道块和后道轮在喷涂枪的喷涂前进路径上分别位于喷涂枪的前方和后方，
[0010]前道块转动安装在机械臂上，前道块受到朝向工件转动的扭矩，后道轮与工件滚动接触，后道轮转轴通过连接杆转动安装在机械臂上，后道轮转轴也受到朝向工件转动的扭矩，
[0011]前道块和后道轮均与工件接触并在工件上加载电流。
[0012]前道块和后道轮之间路径上的工件区域被加载电流，电阻热加热路径上的工件表面，为工件表面预热，提高与金属粉的融合活性，后道轮和喷涂枪枪口之间的工件表面是已经喷涂后的表面，前道块和喷涂枪枪口之间的工件表面是待喷涂的表面，随着机械臂带着
喷涂枪、前道块、后道轮前进，喷涂层不断向前延伸直至完成一条路径的喷涂作业，后道轮还能够滚压喷涂层，改善喷涂过程中存在的一些金属粉孔隙缺陷。
[0013]喷涂枪包括枪壳、气源管、加热丝、枪头，枪壳外表面与机械臂连接，
[0014]枪壳内设置螺旋状气源管，气源管外表缠绕加热丝，枪头安装在枪壳的端部，气源管一端插入到枪壳远离枪头的端部并与喷枪气路连接，气源管另一端直对枪头中心通道，输粉气路连接至枪壳与枪头的连接位置。
[0015]气源管内通入主流作业气体并被加热丝加热到工作温度，枪壳构建一个封闭空间，枪壳内是高温区域，枪壳绝热，防止外表面过热，螺旋状气源管可以增加气体从枪壳过流时的路径长度和过流时间，能够被充分加热，防止工作气体温度尚未达到预期温度即进行后续的喷射，输粉气路从输粉组件处裹带金属粉注入到枪壳端部，然后混入气源管出射的气流，然后一同从枪头端部喷射往工件表面。
[0016]枪头内中心通道为拉瓦尔喷管，枪头壁厚内设置环绕拉瓦尔喷管的冷却水道，冷却水道内注入流量可控的冷却水。
[0017]拉瓦尔喷管是能够实现流体超音速的一种喷管结构，外部环绕冷却水道注入冷却水，气源管在加热丝处的加热程度无法准确控制，出口位置处气体与金属粉的温度需要控制到一定范围时，可以通过同步调整加热丝功率和冷却水道流量来调控，快速将金属粉工质的温度控制到预期。
[0018]金属粉上携带电荷，金属粉电荷性质与工件上通电时的电位性质相同。
[0019]当工件在前道块和后道轮通电时处于正电位时，即工件连接在直流电源的正极然后再至少经过一个电阻连接到零电势位置，可以以大地为零电势位置，这样就可以让工件处于正电位，这样的电流路径中，单个电荷的移动受力等效于在高电位放置大量正电荷、在低电位放置少量正电荷、然后在零电位不放置电荷时产生的电场作用力，工件处于正电位时，让金属粉携带正电荷，金属粉喷射到工件表面后，正电荷沿着工件表面流往后道轮，此时，金属粉携带电荷移动产生电流，前道块与工件接触加载电流，后道轮上过流的电流是前两个电流的叠加，这样可以让工件上待喷涂路径和喷涂层上过流的电流不同，喷涂枪枪口与前道块之间的待喷涂路径上电流可以较小，只用作预热工件表面，喷涂枪枪口与后道轮之间的喷涂层上电流较大，软化喷涂层然后被滚压减小孔隙；此外，金属粉带电还可以改善金属粉颗粒在喷涂位置局部的撞击位置，考察撞击发生前的工件表面微观情况，金属粉颗粒携带正电荷，撞击位置表面也对于电荷的电磁力也等效于一堆正电荷，待撞击表面尖刺位置聚集更多电荷，对于金属粉颗粒的斥力稍强于凹陷位置的斥力，因此，金属粉颗粒在喷射路径上会微量偏移往凹陷位置，填补凹坑，喷涂后的表面微观上凹陷位置很少且峰值也少，所以，喷涂后的表面光滑度很高，不再需要抛光工艺。
[0020]输粉组件包括料仓、静电托板、下料盘、驱动轮，料仓内存放金属粉，料仓底部向下依次设置下料孔、盘槽、落料孔，盘槽为水平的圆形，盘槽内设置下料盘，下料盘在盘槽内转动设置，下料盘外缘带有外圆齿，驱动轮设置在料仓底部，驱动轮与下料盘外啮合，下料盘表面设置圆周均布的若干分度孔，下料孔、落料孔在竖直方向上不重合，下料孔、落料孔所在竖直线均与分度孔转动路径相交，落料孔下端连接到输粉气路内，
[0021]静电托板设置在料仓放置金属粉腔室的底部，静电托板电荷性质与工件上通电时的电位性质相同。
[0022]金属粉在料仓内与静电托板接触并带上电荷，下料盘被驱动轮带着转动，下料盘上分度孔与下料孔重合时，金属粉进入到该分度孔内，下料盘转动后，携带金属粉的分度孔转动到与落料孔重合的位置后，金属粉落入输粉气路中，输粉气路裹带金属粉注入喷涂枪，下料盘起到定量下料的作用，下料盘转动越快，金属粉的输送流量越大。
[0023]前道块底部设置磨面，磨面粗糙度大于Ra12.5。
[0024]磨面与工件表面接触，接触力由前道块受到的扭矩决定，磨面与工件表面滑动接触，将待喷涂表面的粗糙度提高，改善喷涂时基材表面与金属粉颗粒的结合强度。
[0025]为静电托板、前道块、后道轮通电的电路包括电源、第一电阻、第二电阻，电源正极连接静电托板，电源正极还连接至前道块并在连接路径上设置第一电阻，电源负极接地，后道轮也接地并在接地路径上设置第二电阻，第一电阻阻值大于第二电阻阻值。
[0026]接地点作为零电位，工件、金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于真空环境冷喷涂增材制造设备，其特征在于：所述制造设备包括舱室(1)、喷涂枪(2)、气路组件(3)、输粉组件(6)、机械臂(7)，所述舱室(1)内安置待冷喷涂的工件，舱室(1)为封闭结构，所述机械臂(7)基座安装在舱室(1)内壁，机械臂(7)端部安装喷涂枪(2)，所述气路组件(3)抽吸舱室(1)内部空间维持负压环境，所述输粉组件(6)为喷涂枪(2)供应喷涂原料金属粉(9)；所述气路组件(3)包括真空泵(31)、气体罐(32)、喷枪气路(33)、输粉气路(34)，所述真空泵(31)进口连接舱室(1)内壁，真空泵(31)出口连接气体罐(32)，所述气体罐(33)出口设置喷枪气路(33)连接喷涂枪(2)供应作业气体，气体罐(33)出口还设置输粉气路(34)穿过输粉组件(6)后注入喷涂枪(2)内。2.根据权利要求1所述的基于真空环境冷喷涂增材制造设备，其特征在于：所述制造设备还包括前道块(4)和后道轮(5)，所述前道块(4)和后道轮(5)均安装到机械臂(7)上，前道块(4)和后道轮(5)在喷涂枪(2)的喷涂前进路径上分别位于喷涂枪(2)的前方和后方，所述前道块(4)转动安装在机械臂(7)上，前道块(4)受到朝向工件转动的扭矩，所述后道轮(5)与工件滚动接触，后道轮(5)转轴通过连接杆转动安装在机械臂(7)上，后道轮(5)转轴也受到朝向工件转动的扭矩，所述前道块(4)和后道轮(5)均与工件接触并在工件上加载电流。3.根据权利要求2所述的基于真空环境冷喷涂增材制造设备，其特征在于：所述喷涂枪(2)包括枪壳(21)、气源管(22)、加热丝(23)、枪头(24)，所述枪壳(21)外表面与机械臂(7)连接，所述枪壳(21)内设置螺旋状气源管(22)，所述气源管(22)外表缠绕加热丝(23)，所述枪头(24)安装在枪壳(21)的端部，所述气源管(22)一端插入到枪壳(21)远离枪头(24)的端部并与喷枪气路(33)连接，气源管(22)另一端直对枪头(24)中心通道，所述输粉气路(34)连接至枪壳(21)与枪头(24)的连接位置。4.根据权利要求3所述的基于真空环境冷喷涂增...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，于博宁，
申请(专利权)人：无锡市栋升高科技材料有限公司，
类型：发明
国别省市：