一种高速激光熔覆成型设备的制作方法

1.本技术涉及激光熔覆加工技术领域，具体而言，涉及一种高速激光熔覆成型设备。


背景技术：

2.激光熔覆是一种新型的表面处理技术，通过在基材表面添加金属粉末并利用高能激光束使金属粉末和基材表面一起融化凝结，形成一层保护层，提高基材表面的强度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。
3.但是激光束加热的点非常小，要靠轴类基材的快速旋转来实现从点到面的处理，基材和熔覆层在融化和凝结两个过程中快速转变，即温度骤升和温度骤降，而熔覆层和基材的热膨胀系数不同，导致熔覆层凝结后与基材之间形成一股较强的应力，容易在在气孔、夹渣和裂纹等薄弱处开裂，是熔覆层裂纹形成的主要原因，且激光熔覆点温度非常高通常在2000k附近，容易使一些杂质蒸发到空气中且熔覆用的金属粉末不能完全被利用，会有一小部分以高温的状态喷溅开来，容易对人身造成损害。
4.如何发明一种高速激光熔覆成型设备来改善这些问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了弥补以上不足，本技术提供了一种高速激光熔覆成型设备，旨在改善激光熔覆时熔覆层温度骤升骤降导致熔覆层开裂和熔覆过程中产生的高温粉末喷溅和有害废气对人身造成伤害问题。
6.本技术实施例提供了一种高速激光熔覆成型设备，包括激光熔覆组件和隔离净化组件，所述激光熔覆组件包括机械臂、云台、升降件和激光熔覆头，所述云台与所述机械臂固定连接，所述升降件与所述云台固定连接，所述激光熔覆头与所述升降件固定连接，所述隔离净化组件包括隔温件、降温件和过滤件，所述隔温件与所述云台固定连接，所述降温件与所述云台固定连接，所述过滤件与所述云台固定连接，所述降温件分别与所述隔温件和所述过滤件连通。
7.在上述实现过程中，机械臂将激光熔覆头带到轴类基材附近，隔温件包裹住待熔覆的基材，激光熔覆头利用升降件上下移动调整到与基材表面指定的距离开始熔覆作业，激光熔覆产生的高温促使隔温件内形成一个高温的环境，可以缓解轴类零件在高速旋转下温度骤升和骤降引起的熔覆层与基材之间残余应力过大，而最终导致在气孔、夹渣和裂纹等薄弱处开裂的问题，多余的高温废气被吸入到降温件，在降温件内被降温，随后低温的废气进入过滤件过滤后排出，降低了刺激性气体和粉尘对人身的危害。
8.在一种具体的实施方案中，所述升降件包括伺服电机、齿轮和连杆，所述伺服电机与所述云台固定连接，所述齿轮与所述伺服电机的输出端固定连接，所述连杆与所述云台滑动连接，所述连杆的一端与所述激光熔覆头固定连接，所述连杆外壁一侧轴向设置有齿牙，所述齿轮通过齿牙的啮合与所述连杆滚动连接。
9.在上述实现过程中，伺服电机带动齿轮转动，齿轮通过与连杆上的齿牙啮合带动连杆在云台内部上下滑动，进而带动激光熔覆头上下移动来调整与基材表面的距离，这里连杆通过滚珠滑轨与云台滑动连接，伺服电机采用带减速自锁功能的伺服电机，可以实现更稳定的定位。
10.在一种具体的实施方案中发生的，所述隔温件包括半圆罩和半圆板，所述半圆罩设置有两个，其中一个所述半圆罩分别与所述云台和另一个所述半圆罩固定连接，所述半圆板设置有四个，每两个所述半圆板均与每个所述半圆罩固定连接。
11.在上述实现过程中，两个半圆罩构成一个环形罩，将激光熔覆头和基材熔覆部位罩起来，半圆板插在半圆罩两侧的凹槽内，方便安装和替换，四个半圆板可以根据不同直径的基材替换不同内径的半圆板，以求更好的贴合基材，实现更为密闭的隔温空间，减缓熔覆部位的基材的降温速度，减小基材与熔覆层之间的应力。
12.在一种具体的实施方案中，每个所述半圆罩内壁和每个所述半圆板内壁均设置有保温层。
13.在上述实现过程中，这里保温层可以选用防火隔热棉，可以缓解半圆罩和半圆板被高温损伤，并提供更好的隔温效果。
14.在一种具体的实施方案中，所述隔温件还包括有支耳和螺丝，所述支耳设置有四个，每两个所述支耳分别与每个所述半圆罩两端固定连接，所述螺丝设置有两个，每两个对应的所述支耳通过一个所述螺丝固定连接。
15.在上述实现过程中，轴类基材固定好之后，再通过支耳和螺丝将上下两个半圆罩固定连接起来，这里螺丝带有手柄，可以不借助工具用手操作固定，比较方便。
16.在一种具体的实施方案中，所述降温件包括空心罩、风管和风扇ⅰ，所述空心罩与所述云台固定连接，所述风管与所述空心罩固定连接，所述风管与所述半圆罩连通，所述风扇ⅰ与所述空心罩固定连接，所述风管外壁均匀密布有散热鳍。
17.在上述实现过程中，高温废气经过风管，将热量传递给风管外壁的散热鳍，风扇ⅰ将常温空气吹过散热鳍进行散热，降低废气的温度有利于将低沸点的气态杂质凝固成固态杂质，方便后续过滤。
18.在一种具体的实施方案中，所述风管内壁密布有散热片，所述散热片表面密布有凹坑。
19.在上述实现过程中，风管内壁的散热片可以加大风管与高温废气的接触面积，散热片表面的凹坑可以让流经表面的气流形成一个个涡流，有助于在不减缓废气流速的情况下让废气在散热片表面短暂停留，更好的将热量传递给风管来散热降温。
20.在一种具体的实施方案中，所述降温件还包括有滤网ⅰ，所述滤网ⅰ与所述空心罩固定连接。
21.在上述实现过程中，滤网可以过滤灰尘，减少散热鳍表面的灰尘附着，降低灰尘对散热鳍散热效果的影响。
22.在一种具体的实施方案中，所述过滤件包括滤盒、滤网ⅱ和风扇ⅱ，所述滤盒与所述云台固定连接，所述滤网ⅱ与所述滤盒内壁固定连接，所述风扇ⅱ与所述滤盒内壁固定连接。
23.在上述实现过程中，风扇ⅱ把废气吸过滤网ⅱ对废气中的灰尘金属粉末进行过
滤，再向外排出，可以改善工作环境的空气质量，减小对人身的危害。
24.在一种具体的实施方案中，所述滤盒内壁固定连接有挡板，所述滤盒底部设置有清灰管。
25.在上述实现过程中，挡板设置为弧形，废气进入滤盒后被挡板向下方导流，再被风扇ⅱ吸往上方，废气中的粉尘颗粒物在离心力和重力的作用下离开废气流，落在滤盒底部，可以提高滤网ⅱ的使用效果和使用寿命，需要清理时，可以打开清灰管上的盖子，取出粉尘颗粒物并妥善处理，减小对环境的污染。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1是本技术实施方式提供的高速激光熔覆成型设备结构示意图；
28.图2为本技术实施方式提供的升降件与云台连接关系结构示意图；
29.图3为本技术实施方式提供的半圆罩与半圆板连接关系结构示意图；
30.图4为本技术实施方式提供的降温件与过滤件连接关系结构示意图。
31.图中：10
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激光熔覆组件；110
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机械臂；120
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云台；130
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升降件；131
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伺服电机；132
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齿轮；133
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连杆；140
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激光熔覆头；20
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隔离净化组件；210
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隔温件；211
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半圆罩；212
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半圆板；213
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保温层；214
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支耳；215
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螺丝；220
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降温件；221
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空心罩；222
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风管；223
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风扇ⅰ；224
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散热鳍；225
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散热片；226
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滤网ⅰ；230
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过滤件；231
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滤盒；232
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滤网ⅱ；233
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风扇ⅱ；234
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挡板；235
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清灰管。
具体实施方式
32.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
33.为使本技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
34.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
36.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于
描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
39.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
40.请参阅图1，本技术提供一种高速激光熔覆成型设备包括激光熔覆组件10和隔离净化组件20。
41.其中，隔离净化组件20可以将激光熔覆的位置隔离起来缓解轴类基材在高速旋转熔覆时温度骤升和骤降带来的熔覆层与基材之间残余应力过大而开裂的问题，同时还可以对熔覆产生的废气和粉尘隔离净化，减小对人身的危害。
42.请继续参阅图1，激光熔覆组件10包括机械臂110、云台120、升降件130和激光熔覆头140，云台120与机械臂110固定连接，升降件130与云台120固定连接，激光熔覆头140与升降件130固定连接，隔离净化组件20包括隔温件210、降温件220和过滤件230，隔温件210与云台120固定连接，降温件220与云台120固定连接，过滤件230与云台120固定连接，降温件220分别与隔温件210和过滤件230连通。机械臂110将激光熔覆头140带到轴类基材附近，隔温件210包裹住待熔覆的基材，激光熔覆头140利用升降件130上下移动调整到与基材表面指定的距离开始熔覆作业，激光熔覆产生的高温促使隔温件210内形成一个高温的环境，可以缓解轴类零件在高速旋转下温度骤升和骤降引起的熔覆层与基材之间残余应力过大，而最终导致在气孔、夹渣和裂纹等薄弱处开裂的问题，多余的高温废气被吸入到降温件220，在降温件220内被降温，随后低温的废气进入过滤件230过滤后排出，降低了刺激性气体和粉尘对人身的危害。
43.请参阅图1至3，升降件130包括伺服电机131、齿轮132和连杆133，伺服电机131与云台120固定连接，齿轮132与伺服电机131的输出端固定连接，连杆133与云台120滑动连接，连杆133的一端与激光熔覆头140固定连接，连杆133外壁一侧轴向设置有齿牙，齿轮132通过齿牙的啮合与连杆133滚动连接。伺服电机131带动齿轮132转动，齿轮132通过与连杆133上的齿牙啮合带动连杆133在云台120内部上下滑动，进而带动激光熔覆头140上下移动来调整与基材表面的距离，这里连杆133通过滚珠滑轨与云台120滑动连接，伺服电机131采
用带减速自锁功能的伺服电机131，可以实现更稳定的定位。隔温件210包括半圆罩211和半圆板212，半圆罩211设置有两个，其中一个半圆罩211分别与云台120和另一个半圆罩211固定连接，半圆板212设置有四个，每两个半圆板212均与每个半圆罩211固定连接。两个半圆罩211构成一个环形罩，将激光熔覆头140和基材熔覆部位罩起来，半圆板212插在半圆罩211两侧的凹槽内，方便安装和替换，四个半圆板212可以根据不同直径的基材替换不同内径的半圆板212，以求更好的贴合基材，实现更为密闭的隔温空间，减缓熔覆部位的基材的降温速度，减小基材与熔覆层之间的应力。每个半圆罩211内壁和每个半圆板212内壁均设置有保温层213。这里保温层213可以选用防火隔热棉，可以缓解半圆罩211和半圆板212被高温损伤，并提供更好的隔温效果。隔温件210还包括有支耳214和螺丝215，支耳214设置有四个，每两个支耳214分别与每个半圆罩211两端固定连接，螺丝215设置有两个，每两个对应的支耳214通过一个螺丝215固定连接。轴类基材固定好之后，再通过支耳214和螺丝215将上下两个半圆罩211固定连接起来，这里螺丝215带有手柄，可以不借助工具用手操作固定，比较方便。
44.请参阅图4，降温件220包括空心罩221、风管222和风扇ⅰ223，空心罩221与云台120固定连接，风管222与空心罩221固定连接，风管222与半圆罩211连通，风扇ⅰ223与空心罩221固定连接，风管222外壁均匀密布有散热鳍224。高温废气经过风管222，将热量传递给风管222外壁的散热鳍224，风扇ⅰ223将常温空气吹过散热鳍224进行散热，降低废气的温度有利于将低沸点的气态杂质凝固成固态杂质，方便后续过滤。风管222内壁密布有散热片225，散热片225表面密布有凹坑。风管222内壁的散热片225可以加大风管222与高温废气的接触面积，散热片225表面的凹坑可以让流经表面的气流形成一个个涡流，有助于在不减缓废气流速的情况下让废气在散热片225表面短暂停留，更好的将热量传递给风管222来散热降温。降温件220还包括有滤网ⅰ226，滤网ⅰ226与空心罩221固定连接。滤网可以过滤灰尘，减少散热鳍224表面的灰尘附着，降低灰尘对散热鳍224散热效果的影响。过滤件230包括滤盒231、滤网ⅱ232和风扇ⅱ233，滤盒231与云台120固定连接，滤网ⅱ232与滤盒231内壁固定连接，风扇ⅱ233与滤盒231内壁固定连接。风扇ⅱ233把废气吸过滤网ⅱ232对废气中的灰尘金属粉末进行过滤，再向外排出，可以改善工作环境的空气质量，减小对人身的危害。滤盒231内壁固定连接有挡板234，滤盒231底部设置有清灰管235。挡板234设置为弧形，废气进入滤盒231后被挡板234向下方导流，再被风扇ⅱ233吸往上方，废气中的粉尘颗粒物在离心力和重力的作用下离开废气流，落在滤盒231底部，可以提高滤网ⅱ232的使用效果和使用寿命，需要清灰时，可以打开清灰管235上的盖子，取出粉尘颗粒物并妥善处理，减小对环境的污染。
45.该高速激光熔覆成型设备的工作原理：机械臂110将激光熔覆头140带到轴类基材附近，两个半圆罩211构成一个环形罩，将激光熔覆头140和基材熔覆部位罩起来,实现更为密闭的隔温空间，伺服电机131带动齿轮132转动，齿轮132通过与连杆133上的齿牙啮合带动连杆133在云台120内部上下滑动，进而带动激光熔覆头140上下移动来调整与基材表面的距离，之后开始进行熔覆作业，激光熔覆产生的高温促使环形罩内形成一个高温的环境，缓解轴类零件在高速旋转下温度骤升和骤降引起的熔覆层与基材之间残余应力过大，而最终导致在气孔、夹渣和裂纹等薄弱处开裂的问题，多余的高温废气被吸入到风管222，将热量传递给风管222外壁的散热鳍224，风扇ⅰ223将常温空气吹过散热鳍224进行散热，降低废
气的温度有利于将低沸点的气态杂质凝固成固态杂质，方便后续过滤，之后，废气进入滤盒231后被弧形板向下方导流，再被风扇ⅱ233吸往上方，废气中的粉尘颗粒物在离心力的作用下离开废气流，落在滤盒231底部，其余部分的废气经由滤网ⅱ232过滤，再由风扇ⅱ233排出，粉尘颗粒物聚集在滤盒231底部可以通过清灰管235取出妥善处理，降低了刺激性气体和粉尘对人身的危害。
46.需要说明的是，机械臂110、激光熔覆头140、伺服电机131、螺丝215、风扇ⅰ223、风扇ⅱ233、滤网ⅰ226和滤网ⅱ232具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
47.机械臂110、激光熔覆头140、伺服电机131、风扇ⅰ223和风扇ⅱ233的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
48.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
49.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。