一種製備塗層的裝置及工藝的製作方法

2023-10-05 04:07:36 7

1.本發明涉及製備塗層技術領域，具體為一種製備塗層的裝置及工藝。


背景技術：

2.利用粉末冶金方式製備塗層，目前主要有雷射熔覆、加熱熔覆、等離子噴塗、金屬粉末3d列印等。
3.但是上述技術得到的塗層表面一般都較粗糙，光潔度差，硬化層薄且不均勻，在融覆層和基體之間很容易引起開裂，融覆層內部也會出現氣孔和裂紋，同時設備也比較昂貴。摩擦加熱為局部加熱，熱影響區顯微組織變化小，工件不易變形，操作過程方便實現機械化、自動化、能耗低、功效高，但是利用摩擦焊的技術製備表面冶金塗層的文獻鮮為報導，因此如何利用分層製造技術、數控技術、摩擦焊技術於一身製備特定尺寸精度、粗糙度、細晶粒、特定成分梯度、表面壓應力的冶金塗層具有廣泛的應用價值。


技術實現要素：

4.(一)解決的技術問題
5.針對現有技術的不足，本發明提供了一種製備塗層的裝置及工藝，解決了現有塗層表面一般都較粗糙，光潔度差，硬化層薄且不均勻，在融覆層和基體之間很容易引起開裂，融覆層內部也會出現氣孔和裂紋，同時設備也比較昂貴的問題。
6.(二)技術方案
7.為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種製備塗層的裝置，包括底座，所述底座的上表面裝配有第一傳動組件，且通過第一傳動組件傳動連接有安裝板，所述安裝板的上表面裝配有第二傳動組件，且通過第二傳動組件裝配有工作檯；
8.所述工作檯的上表面裝配有焊槍槍桿，且所述焊槍槍桿裝配有焊槍擠壓頭，且所述工作檯的上表面還設置有紅外測溫儀、粉末噴頭和雷射加熱組件；
9.所述底座上表面裝配有驅動組件，驅動組件傳動連接有工件，且所述焊槍擠壓頭開設有工作面，且工作面呈凹槽的形狀，工作時工作面的根部與工件接觸並擠壓工件表面。
10.優選的，所述第一傳動組件包括x軸電機，所述所述底座的上表面對稱安裝有兩個第二安裝座，所述x軸電機固定連接在其中一個第二安裝座的側面上，兩個所述第二安裝座之間轉動連接有第二傳動螺紋軸，且所述x軸電機的輸出軸穿過第二安裝座的側面與第二傳動螺紋軸其中一端固定連接。
11.優選的，兩個所述第二安裝座之間對稱固定連接有兩個x嚮導軌；
12.所述安裝板與第二傳動螺紋軸的外表面螺紋連接，且所述安裝板活動套接在兩個x嚮導軌的外表面。
13.優選的，所述第二傳動組件包括z軸電機，所述安裝板的上表面對稱固定連接有兩個第一安裝座，所述z軸電機的輸出軸固定連接有第一傳動螺紋軸，且所述第一傳動螺紋軸轉動連接在兩個第一安裝座之間。
14.優選的，兩個所述第一安裝座之間對稱固定連接有兩個z嚮導軌；
15.所述工作檯的底部固定連接有導向滑塊，且所述導向滑塊與第一傳動螺紋軸的外表面螺紋連接，所述導向滑塊活動套接在兩個z嚮導軌的外表面。
16.優選的，所述工作檯的上表面設置有調節架，且紅外測溫儀和雷射加熱組件均安裝在調節架上，所述紅外測溫儀和雷射加熱組件均處於焊槍擠壓頭和工件間隙的上方；
17.調節架上裝配有高度調節板，所述粉末噴頭裝配在高度調節板上，且所述粉末噴頭的端部處於焊槍擠壓頭和工件間隙的上方。
18.優選的，所述焊槍槍桿的安裝面開設有螺紋孔，所述焊槍擠壓頭與螺紋孔之間裝配有緊固螺釘，緊固螺釘將焊槍擠壓頭緊固在焊槍槍桿上；
19.所述焊槍槍桿的端部開設有通孔，用於冷卻焊槍擠壓頭和焊槍槍桿。
20.優選的，所述驅動組件包括主軸安裝座和主軸電機，所述主軸安裝座和主軸電機均固定連接在底座的上表面，所述主軸安裝座的頂部通過軸承轉動連接有主軸本體。
21.優選的，所述主軸本體其中一端與主軸電機的輸出軸之間通過皮帶傳動連接，所述主軸本體的另一端固定安裝有三爪卡盤，所述工件的端部夾持固定在三爪卡盤中。
22.一種製備塗層的工藝，包括以下步驟：
23.s1、首先通過三爪卡盤將工件的端部進行夾持固定，此時通過第一傳動組件工作時，可以帶動安裝板進行x軸左右方向進行移動，然後通過通過第二傳動組件工作時，可以帶動了工作檯進行z軸前後方向進行移動，從而可以帶動了紅外測溫儀、粉末噴頭、雷射加熱組件和焊槍擠壓頭進行x軸左右方向和z軸前後方向的移動，直至使得焊槍擠壓頭開設的工作面的根部與工件接觸並擠壓工件表面；
24.s2、當一切準備就緒時，將控制系統和設備電源打開，確保紅外測溫儀及冷卻液進入通孔正常工作，通過雷射加熱組件運行加熱程序，在驅動組件的作用下，此時工件開始旋轉，焊槍擠壓頭開設的工作面與工件表面接觸後，在摩擦作用下，工件接觸面的溫度逐漸升高；
25.s3、在摩擦作用下機械能轉化為熱能，工件摩擦面處的溫度升高，當工件表面溫度到達工作溫度時，系統保持當前狀態，並啟動焊槍擠壓頭運動和粉末噴頭的噴塗程序，工件摩擦面處由於溫度升高被塑化而具有熱塑性；粉末噴頭剛噴入的金屬粉末與工件摩擦面處發生物理粘結，並被加熱；金屬粉末在焊槍擠壓頭頂鍛壓力作用下被壓入具有熱塑性的工件摩擦表面；壓入後的金屬粉末在工件基體內熔化，與基體進行分子間相互擴散和再結晶並生成緻密固相組織；利用數控技術控制焊槍擠壓頭沿工件表面做往復運動，不斷在工件表面循環，從而逐層製備冶金塗層，並最終在工件表面獲得一定尺寸和特性的塗層，直到製備出合格塗層後結束；
26.s4、若工件表面溫度低於或高於工作溫度時，系統根據算法自動改變主軸本體、z向壓深和加熱時間三個參數使工件表面溫度滿足工作要求，當滿足工作溫度要求後就會在工件表面製備塗層，否者進行循環程序，系統根據算法繼續改變加熱參數使工件表面溫度滿足工作要求；
27.s5、若且唯若加熱參數達到系統預設的最大值，工件表面溫度仍低於工作溫度時，系統會固化當前加熱參數並啟動雷射輔助熱源，並通過改變雷射加熱組件功率的方式對工件表面進行加熱，從而保證製備出合格的塗層。
28.本發明公開了一種製備塗層的裝置及工藝，其具備的有益效果如下：
29.1、該製備塗層的裝置及工藝，採用紅外測溫儀監測工件表面溫度，實現溫度可控，有效保證塗層的質量；該裝置的熱源是利用工件與焊槍擠壓頭的工作面摩擦產生的熱量，摩擦加熱為局部加熱，熱影響區顯微組織變化小，只有表面溫度升高，並且該機械能轉變為熱能的過程主要由工件的轉速，焊槍擠壓頭的接觸壓力和接觸時間進行控制，加熱原理簡單，易於控制，加熱效率高，能耗低；主軸本體轉速、焊槍運動軌跡、粉末噴頭開閉等都由數控編程控制，具有噴塗精度高、易於分層製造，生產效率、適應性和經濟效益高等特點；工件與焊槍接觸面摩擦產生的熱量為主要熱源，並採用雷射加熱組件為輔助熱源，有效地增加該裝置的溫控範圍，增加噴塗的種類。
30.2、該製備塗層的裝置及工藝，塗層尺寸近淨成形：工件摩擦面處由於摩擦熱表面材料的變形抗力降低、塑性提高，在焊槍擠壓頭頂鍛壓力的作用下，能夠獲得一定尺寸，形狀和緻密的塗層。但是對於外形複雜的工件需要定製的專用的成形焊槍；該裝置功率小，發熱效率高，結構簡單，工作場地衛生，沒有火花、弧光及有害氣體，有利於環境保護；該裝置利用分層製造技術、數控技術、摩擦焊技術於一身，從而製備的塗層具有尺寸精度高、組織晶粒細小、與基體結合力強，表面殘留壓應力的特點，具有廣泛的應用價值。
附圖說明
31.為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
32.圖1為本發明結構示意圖；
33.圖2為本發明結構俯視圖；
34.圖3為本發明側視圖；
35.圖4為本發明圖3中的部分放大圖
36.圖5為本發明焊槍槍桿和焊槍擠壓頭的結構示意圖；
37.圖6為本發明流程示意圖。
38.圖中：1、安裝板；2、z嚮導軌；3、第一傳動螺紋軸；4、焊槍槍桿；5、焊槍擠壓頭；6、工件；7、主軸安裝座；8、三爪卡盤；9、主軸本體；10、皮帶；11、主軸電機；12、紅外測溫儀；13、雷射加熱組件；14、粉末噴頭；15、高度調節板；16、工作檯；17、z軸電機；18、第一安裝座；19、導向滑塊；20、底座；21、x嚮導軌；22、第二安裝座；23、x軸電機；24、第二傳動螺紋軸；25、緊固螺釘；26、通孔；27、工作面。
具體實施方式
39.為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
40.為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上
述技術方案進行詳細的說明。
41.本發明實施例公開一種製備塗層的裝置。
42.根據附圖1-5所示，包括底座20，底座20的上表面裝配有第一傳動組件，且通過第一傳動組件傳動連接有安裝板1，安裝板1的上表面裝配有第二傳動組件，且通過第二傳動組件裝配有工作檯16；
43.工作檯16的上表面裝配有焊槍槍桿4，且焊槍槍桿4裝配有焊槍擠壓頭5，且工作檯16的上表面還設置有紅外測溫儀12、粉末噴頭14和雷射加熱組件13；
44.底座20上表面裝配有驅動組件，驅動組件傳動連接有工件6，且焊槍擠壓頭5開設有工作面27，且工作面27呈凹槽的形狀，工作時工作面27的根部與工件6接觸並擠壓工件6表面。
45.焊槍擠壓頭5與工件6表面接觸間隙按順時針的方向逐漸變小至完全接觸形成接觸面，該間隙用於儲存金屬粉末，並在焊槍的壓力下使金屬粉末壓入被塑化的工件6表面，在熱塑性狀態下實現的類鍛態固相連接。
46.第一傳動組件包括x軸電機23，底座20的上表面對稱安裝有兩個第二安裝座22，x軸電機23固定連接在其中一個第二安裝座22的側面上，兩個第二安裝座22之間轉動連接有第二傳動螺紋軸24，且x軸電機23的輸出軸穿過第二安裝座22的側面與第二傳動螺紋軸24其中一端固定連接。
47.兩個第二安裝座22之間對稱固定連接有兩個x嚮導軌21；
48.安裝板1與第二傳動螺紋軸24的外表面螺紋連接，且安裝板1活動套接在兩個x嚮導軌21的外表面。
49.第二傳動組件包括z軸電機17，安裝板1的上表面對稱固定連接有兩個第一安裝座18，z軸電機17的輸出軸固定連接有第一傳動螺紋軸3，且第一傳動螺紋軸3轉動連接在兩個第一安裝座18之間。
50.兩個第一安裝座18之間對稱固定連接有兩個z嚮導軌2；
51.工作檯16的底部固定連接有導向滑塊19，且導向滑塊19與第一傳動螺紋軸3的外表面螺紋連接，導向滑塊19活動套接在兩個z嚮導軌2的外表面。
52.工作檯16可以在所在平面內沿著z嚮導軌2和x嚮導軌21移動，工作時，通過x軸電機23帶動第二傳動螺紋軸24轉動，從而驅動工作檯16沿x嚮導軌21移動；也可以通過z軸電機17帶動第一傳動螺紋軸3轉動，從而驅動工作檯16沿z嚮導軌2移動，工作檯16的運動軌跡由z軸電機17和x軸電機23共同控制數控編程。
53.工作檯16的上表面設置有調節架，且紅外測溫儀12和雷射加熱組件13均安裝在調節架上，紅外測溫儀12和雷射加熱組件13均處於焊槍擠壓頭5和工件6間隙的上方；
54.調節架上裝配有高度調節板15，粉末噴頭14裝配在高度調節板15上，且粉末噴頭14的端部處於焊槍擠壓頭5和工件6間隙的上方。
55.紅外測溫儀12安裝在工作檯16上，與焊槍擠壓頭5一起移動，監測摩擦面的實時溫度並反饋入系統進行實時控制，保證溫度的準確性。
56.粉末噴頭14安裝在工作檯16上，工作時噴嘴正好處於焊槍擠壓頭5和工件6的間隙的上方，粉末噴頭14的開閉及所噴出的金屬粉末成分由程序控制，該技術用於分層製造。
57.雷射加熱組件13安裝在工作檯16上，若且唯若加熱參數達到系統預設的最大值，
工件6表面溫度仍低於工作溫度時系統才會啟動，從而保證製備出合格的塗層。
58.焊槍槍桿4的安裝面開設有螺紋孔，焊槍擠壓頭5與螺紋孔之間裝配有緊固螺釘25，緊固螺釘25將焊槍擠壓頭5緊固在焊槍槍桿4上；
59.焊槍槍桿4的端部開設有通孔26，用於冷卻焊槍擠壓頭5和焊槍槍桿4。
60.驅動組件包括主軸安裝座7和主軸電機11，主軸安裝座7和主軸電機11均固定連接在底座20的上表面，主軸安裝座7的頂部通過軸承轉動連接有主軸本體9。
61.主軸本體9其中一端與主軸電機11的輸出軸之間通過皮帶10傳動連接，主軸本體9的另一端固定安裝有三爪卡盤8，工件6的端部夾持固定在三爪卡盤8中。
62.皮帶10用於連接主軸電機11和主軸本體9，主軸電機11工作時帶動主軸本體9進行轉動，從而驅動工件6高速轉動。
63.根據附圖1-6所示，一種製備塗層的工藝，包括以下步驟：
64.s1、首先通過三爪卡盤8將工件6的端部進行夾持固定，此時通過第一傳動組件工作時，可以帶動安裝板1進行x軸左右方向進行移動，然後通過通過第二傳動組件工作時，可以帶動了工作檯16進行z軸前後方向進行移動，從而可以帶動了紅外測溫儀12、粉末噴頭14、雷射加熱組件13和焊槍擠壓頭5進行x軸左右方向和z軸前後方向的移動，直至使得焊槍擠壓頭5開設的工作面27的根部與工件6接觸並擠壓工件6表面；
65.s2、當一切準備就緒時，將控制系統和設備電源打開，確保紅外測溫儀12及冷卻液進入通孔26正常工作，通過雷射加熱組件13運行加熱程序，在驅動組件的作用下，此時工件6開始旋轉，焊槍擠壓頭5開設的工作面27與工件6表面接觸後，在摩擦作用下，工件6接觸面的溫度逐漸升高；
66.s3、在摩擦作用下機械能轉化為熱能，工件6摩擦面處的溫度升高，當工件6表面溫度到達工作溫度時，系統保持當前狀態，並啟動焊槍擠壓頭5運動和粉末噴頭14的噴塗程序，工件6摩擦面處由於溫度升高被塑化而具有熱塑性；粉末噴頭14剛噴入的金屬粉末與工件6摩擦面處發生物理粘結，並被加熱；金屬粉末在焊槍擠壓頭5頂鍛壓力作用下被壓入具有熱塑性的工件6摩擦表面；壓入後的金屬粉末在工件6基體內熔化，與基體進行分子間相互擴散和再結晶並生成緻密固相組織；利用數控技術控制焊槍擠壓頭5沿工件6表面做往復運動，不斷在工件6表面循環，從而逐層製備冶金塗層，並最終在工件6表面獲得一定尺寸和特性的塗層，直到製備出合格塗層後結束執行第一個判斷「是」程序；
67.s4、若工件6表面溫度低於或高於工作溫度時，系統根據算法自動改變主軸本體9、z向壓深和加熱時間三個參數使工件6表面溫度滿足工作要求執行第一個判斷「否」程序，當滿足工作溫度要求後就會在工件6表面製備塗層執行第二個判斷「是」程序，否者進行循環程序，系統根據算法繼續改變加熱參數使工件6表面溫度滿足工作要求；
68.s5、若且唯若加熱參數達到系統預設的最大值，工件6表面溫度仍低於工作溫度時，系統會固化當前加熱參數並啟動雷射輔助熱源，並通過改變雷射加熱組件13功率的方式對工件6表面進行加熱，從而保證製備出合格的塗層。
69.綜上，與現有技術相比，具備以下有益效果：
70.1、採用紅外測溫儀12監測工件6表面溫度，實現溫度可控，有效保證塗層的質量；該裝置的熱源是利用工件6與焊槍擠壓頭5的工作面27摩擦產生的熱量，摩擦加熱為局部加熱，熱影響區顯微組織變化小，只有表面溫度升高，並且該機械能轉變為熱能的過程主要由
工件6的轉速，焊槍擠壓頭5的接觸壓力和接觸時間進行控制，加熱原理簡單，易於控制，加熱效率高，能耗低；主軸本體9轉速、焊槍運動軌跡、粉末噴頭14開閉等都由數控編程控制，具有噴塗精度高、易於分層製造，生產效率、適應性和經濟效益高等特點；工件6與焊槍接觸面摩擦產生的熱量為主要熱源，並採用雷射加熱組件13為輔助熱源，有效地增加該裝置的溫控範圍，增加噴塗的種類。
71.2、塗層尺寸近淨成形：工件6摩擦面處由於摩擦熱表面材料的變形抗力降低、塑性提高，在焊槍擠壓頭5頂鍛壓力的作用下，能夠獲得一定尺寸，形狀和緻密的塗層。但是對於外形複雜的工件6需要定製的專用的成形焊槍；該裝置功率小，發熱效率高，結構簡單，工作場地衛生，沒有火花、弧光及有害氣體，有利於環境保護；該裝置利用分層製造技術控制粉末噴塗、數控技術、摩擦焊技術於一身，從而製備的塗層具有尺寸精度高、組織晶粒細小、與基體結合力強，表面殘留壓應力的特點，具有廣泛的應用價值。
72.需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個
……」
限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
73.以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。