專利名稱：用于激光制備、加工與成形金屬材料的惰性氣氛保護箱的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于冶金機械領域，特別涉及一種用于激光制備、加工與成形金 屬材料的惰性氣氛保護箱。
技術背景
在金屬材料激光制備、加工與零件成形過程中，如果激光材料制備、加工與
零件成形環境氣氛中的氧含量得不到很好控制(氧含量需控制在100PPm以下)， 激光熔池中的高溫熔體會與環境氣氛中的氧氣發生化學反應或活性氧原子擴散 進入金屬材料晶格，使激光制備、加工的金屬材料屮夾帶有金屬氧化物或金屬材 料的含氧量增加，極大影響激光制備、加工材料與成形零件的力學性能。如TC4 合金的含氧量不超過0.2%時(重量百分比)，其延伸率為8-12%，隨著含氧量的 增加，TC4合金的抗拉強度明顯升高，拉伸塑性和斷裂韌度急劇下降，實驗結果 表明，當激光快速成形TC4合金零件的含氧量達0.33%時，在拉伸力學實驗中， 表現為脆性斷裂。因此，良好的環境氣氛(氧含量〈100PPm)，對于在先進工業 和國防裝備有重要應用價值金屬材料的激光制備、加工與成形過程中是至關重要 的必要條件。
目前用于金屬材料激光制備、加工與成形的惰性氣氛保護箱，主要有以下兩 種工作形式
(1)整個激光數控加工機床置入惰性氣氛保護箱中，成形基板或待加工工 件固定在激光數控加工機床上，以常規方式進行加工，實現金屬材料的激光制備、 加工或復雜金屬零件的激光快速成形。這種形式惰性氣氛保護箱先進行預抽真 空，然后充入惰性氣體，箱體內惰性氣氛中的氧含量可以控制到很低，因而，具有很好的保護效果。但這種惰性氣氛保護箱有以下明顯缺點當成形、加工較大 尺寸零件時，惰性氣氛保護箱尺寸也要求很大，因此這種惰性氣氛保護箱加工、 制造要求很高，造價昂貴；同時，該惰性氣氛保護箱需消耗大量的惰性氣體以保 持箱內的惰性氣氛，運行成本高。
(2)惰性氣氛保護箱的箱體置于激光數控加工機床平臺上，以水平滑動動 密封形式，在激光數控加工機床帶動下，做相對于固定的箱蓋的水平滑動運動， 同時，帶動置于箱體內的成形基板或待加工工件做相對于激光焦點光斑的水平運 動，從而實現金屬材料的激光制備、加工或復雜金屬零件的激光快速成形。工作 前，先向箱內充入惰性氣體，惰性氣體相對于空氣較重，下沉于箱體底部，將空 氣逐漸排出箱體，最終使箱體內充滿惰性氣體；工作時仍需不斷充入惰性氣體， 以保持箱體內的微正壓氣氛環境。這種惰性氣氛保護箱的優點是尺寸設計靈活、 體積小，造價低，但明顯的缺點是工作成本較高，保護效果不盡如人意。 發明內容
本實用新型的目的在于提供一種用于激光制備、加工與成形金屬材料的惰性 氣氛保護箱，其特征在于在箱體1頂部的中心位置設置第一法蘭孔2，箱體1 外圓周壁開有6個法蘭孔，第二法蘭孔3位于箱體1的右側下部，其軸線與數控 機床的X軸平行；第三法蘭孔4位于箱體1的后側下部，并與第一法蘭孔3處于 同一水平面，其軸線與數控機床的Y軸平行；第四法蘭孔5位于箱體1的左側中 下部，其軸線與數控機床X軸平行；第五法蘭孔6位于箱體1后側上部；第六法 蘭孔7位于箱體1前側正中；第七法蘭孔8位于箱體1前側偏右。
所述第一法蘭孔2上設有12個快接插孔9。
所述第五法蘭孔6上設有兩個快接插孔。
所述第六法蘭孔7上安裝有門，門與第六法蘭孔7間有密封膠條。該實用新型的有益效果是箱體可根據所加工的零件尺寸形狀進行有針對性 的設計，設計靈活，尺寸小，造價低；對箱體抽真空后充入惰性氣體，至箱體內 的壓力略微呈現正壓時停止充氣，所消耗的惰性氣體少，運行成本低；箱體密封 好，有極佳的保護效果。
圖1是使用本實用新型的數控機床系統示意圖。
圖2是惰性氣氛保護箱的主視圖。 圖3是惰性氣氛保護箱的左視圖。 圖4是惰性氣氛保護箱的俯視圖。 圖中標號-
l-箱體；2-第一法蘭孔2; 3-第二法蘭孔3; 4-第三法蘭孔4; 5-第四法蘭孔5; 6-第五法蘭孔6; 7-第六法蘭孔7; 8-第七法蘭孔8; 9-快接插孔； 10-數控機床；ll-運動小平臺；12-支架。
具體實施方式
本實用新型提供了一種用于激光制備、加工與成形金屬材料的惰性氣氛保護 箱，
以下結合附圖和實施例來對本實用新型進行進一步說明。
圖1為使用本實用新型的數控機床系統示意圖。圓柱形箱體1被固定在一個 水平及高度可調的支架12上，橫跨在數控機床的床面上；在第一法蘭孔2內插
有可沿z軸方向做往復運動的激光豎直導光筒，激光豎直導光筒下端安裝有激光 聚焦鏡鏡座和送粉頭，第一法蘭孔2上的12個快接插孔9，插有冷卻水管、氣管 和粉管，用來對激光聚焦鏡進行冷卻、對送粉頭輸送保護氣和粉末；箱體l內放 置一運動小平臺；在第二法蘭孔3內插入可在X方向做往復運動的水平連桿，在 第三法蘭孔4內插入可在Y方向做往復運動的水平連桿，兩根水平連桿的一端與數控機床10連接，另一端與運動小平臺相連接，用來帶動運動小平臺ll在水平 方向的運動；在第四法蘭孔5內插有可以繞X軸轉動及沿X軸方向運動的水平 連桿，用來帶動棒狀基材旋轉及沿X方向水平運動，可以對轉體零件進行激光加 工、成形；第五法蘭孔6上的抽氣孔連接到真空泵，輸氣孔連接到惰性氣體容器。 本實用新型的工作流程為打開第六法蘭孔7的門，將成形基板或待加工工 件用工裝卡具固定到運動小平臺11上；關閉第六法蘭孔7，使箱體1成為密封環 境，打開真空泵，從第五法蘭孔6的抽氣孔對箱體1抽真空，當箱體內的壓力降 低到10"Pa時，停止抽真空并從第五法蘭孔6的輸氣孔向箱體1內充入Ar氣， 至箱體l內的壓力略微呈現正壓時停止輸氣；設定數控機床運動軌跡及運動線速 度，數控機床將通過各連桿帶動運動小平臺11及固定于其上的工件按照預設軌 跡運動；打開激光器，調整好激光功率，在激光的作用下，運動小平臺11上的
成形基板或待加工工件表面激光作用處，將產生激光熔池，與此同時，將金屬粉 末送入激光熔池內，隨著運動小平臺11的運動，成形基板或待加工工件也將做 相對于激光焦點光斑的運動，激光焦點光斑離開后，激光熔池中的熔體凝固，加
工完一層后，激光豎直導光筒帶動激光聚焦鏡和送粉頭沿Z軸向上運動一個很小 距離，如此反復，就可以實現金屬材料激光制備、加工與復雜零件的成形；當激 光加工、成形回轉體零件時，數控機床的轉盤和數控機床的X軸帶動第四法蘭孔 5中的水平連桿做繞X軸及沿X方向運動，由此，帶動與水平連桿相連的棒狀基 材旋轉或沿X方向運動，激光加工完一層后，激光頭和送粉頭在激光豎直導光筒 的帶動下，沿Z軸向上運動一個很小距離，如此反復，可用來激光加工、成形回 轉體零件；從第七法蘭孔8可以觀察工件的加工情況。
權利要求1. 本實用新型提供一種用于激光制備、加工與成形金屬材料的惰性氣氛保護箱，其特征在于在箱體(1)頂部的中心位置設置第一法蘭孔(2)，箱體(1)外圓周壁開有6個法蘭孔，第二法蘭孔(3)位于箱體(1)的右側下部，其軸線與數控機床的X軸平行；第三法蘭孔(4)位于箱體(1)的后側下部，并與第二法蘭孔(3)處于同一水平面，其軸線與數控機床的Y軸平行；第四法蘭孔(5)位于箱體(1)的左側中下部，其軸線與數控機床X軸平行；第五法蘭孔(6)位于箱體(1)后側上部；第六法蘭孔(7)位于箱體(1)前側正中；第七法蘭孔(8)位于箱體(1)前側偏右。
2. 根據權利要求1所述用于金屬材料激光制備、加工與成形的惰性氣氛保護 箱，其特征在于所述第一法蘭孔(2)上設有12個快接插孔(9)。
3. 根據權利要求1所述用于金屬材料激光制備、加工與成形的惰性氣氛保護 箱，其特征在于所述第五法蘭孔(6)上設有兩個快接插孔。
4. 根據權利要求1所述用于金屬材料激光制備、加工與成形的惰性氣氛保護箱，其特征在于所述第六法蘭孔(7)上安裝有門，門與第六法蘭孔(7)間有密封膠條。
專利摘要本實用新型屬于冶金機械領域，特別涉及一種用于激光制備、加工與成形金屬材料的惰性氣氛保護箱。箱體外圓周壁開有7個法蘭孔，第一法蘭孔位于箱體頂部的中心位置；第二法蘭孔位于箱體的右側下部，其軸線與數控機床的X軸平行；第三法蘭孔位于箱體的后側下部，并與第二法蘭孔處于同一水平面，其軸線與數控機床的Y軸平行；第四法蘭孔位于箱體的左側中下部，其軸線與數控機床X軸平行；第五法蘭孔位于箱體后側上部；第六法蘭孔位于箱體前側正中；第七法蘭孔位于箱體前側偏右。箱體可根據所加工的零件尺寸形狀進行有針對性的設計，設計靈活，尺寸小；消耗的惰性氣體少，運行成本低；保護效果好、造價低。
文檔編號B23K26/12GK201257573SQ20082010843
公開日2009年6月17日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者席明哲, 張永忠, 駿 徐, 石力開, 宏 郭 申請人:北京有色金屬研究總院