專利名稱：一種用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及工裝夾具/模具的設計領域，具體地說涉及到一種用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度裝置的設計。
背景技術：
激光熔覆是一種重要的激光表面改性技術，其供料方式有預置粉層，同步供粉和同步供絲幾種。預置供粉包括直接預置，冷壓預置，粘接預置，噴涂預置等方法，直接預置可以通過預制凹槽控制預置粉層厚度，但因粉體中含有較多的空氣，因此涂層中易形成氣孔、氮化物和氧化物等雜質；冷壓預置是用壓力機將粉體壓成一定厚度的片狀，可以排除粉體中的大部分氣體，提高涂層質量，但預置粉片的厚度受粉體流動性影響，常存在厚度不均勻現象；粘結預置是用粘結劑將粉體調制呈糊狀，在涂刷在基體表面烘烤后進行熔覆，粘結劑 的存在會影響涂層的質量，而預置厚度均勻性受涂刷技術影響較大；噴涂預置需要在噴涂機進行噴涂預置，成本較高。同步供粉包括同軸送粉和側向送粉兩種，一般是用氣體流作為供粉的載體，對于混合粉末特別是顆粒密度和大小差異較大時，混合的均勻性較差。當熔覆料為絲狀或棒狀時，激光熔覆和自動焊接工藝基本相當。雖然自動化程度高的特點使得同步送粉在工業批量生產中大量應用，但其也存在流動性受粉體流動性制約、粉體污染送粉器、混合粉難以均勻混合等缺點。因此，在激光熔覆的科學研究中，預置粉層，特別是直接預置因工藝簡單，用粉量小，便于調整粉層的化學配比，混粉均勻性好，成本低、不需要昂貴復雜的送粉器等特點得到廣泛的應用。但是，預置粉層的鋪粉工藝一般為手工鋪粉，存在鋪粉厚度的均勻性，一致性難以保證的缺點。簡單的預置凹槽法雖然能夠控制鋪粉的厚度，但厚度不能調整且精度差，在后續的冷壓過程中通常也不能限制粉體在壓力作用下沿周向的移動，使得粉層致密度較差，冷壓效果不理想。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種結構簡單，成本低，便于操作，具有較高適用性，可以精確控制激光熔凝預置粉層厚度，保證粉層厚度均勻性和一致性的裝置，具有厚度易調控，精度聞，可有效提聞冷壓效果等特點。本發明中設計的裝置，目的就是為了解決預置鋪粉厚度的靈活性、均勻性和一致性問題，具有厚度易調控，精度聞，可有效提聞冷壓效果等特點。本發明是通過以下技術方案實現的一種用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，其特征在于在機座上垂直固定螺桿，螺桿的上端旋入水平配置圓盤狀的螺管中，螺管的上方配置盤式套管，螺管與套管之間設置能保持兩者同軸的同軸結構；套管的中央開設與基體材料板同樣形狀大小的粉塵孔腔；在粉塵孔腔中配置一塊墊片，墊片的水平投影包容于粉塵孔腔內；
在粉塵孔腔中放置基體材料板，在基體材料板上鋪設粉塵，在粉塵上方壓入水平投影形狀大小與基體材料板相同的金屬壓頭。進一步，所述基體材料板為圓形。進一步，所述基體材料板為矩形。進一步，所述螺管上方設置一圈同軸凸環，在套管的下表面開設一圈同樣直徑的同軸凹槽。進一步，所述螺管上方設置若干根定位銷，在套管的下表面相應位置開設定位銷孔。更進一步，所述定位銷與定位銷孔排布在同軸的同樣直徑上。 進一步，所述套管的高度，大于墊片、基體材料板和粉塵厚度之和。進一步，所述螺管外周面上周向360度平均分布標有刻度，螺桿上設有一條標記刻線。一種用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，所述裝置包括螺桿、螺管、墊片、套管、壓塊。螺桿為固定直徑的圓柱體，螺桿和螺管通過螺紋裝配在一起。套管內孔形狀尺寸與用做鋪粉基底材料的形狀尺寸一致，即基底材料可以放入套管內孔而不留孔隙，但套管的高度大于基體材料厚度、墊片厚度與預置粉層最大厚度之和。墊片為圓片狀，其直徑大于螺桿直徑，與用做鋪粉基底材料的尺寸相當，當其在套管內孔中轉動時，其運動不會受到套管內孔尺寸的阻擋或制約。螺管的內徑小于套管內孔最小尺寸。螺管外周面上按周向360度平均分布標有刻度，螺桿上有一條標記刻線。墊片墊在螺桿上，當螺桿轉動時墊片可以隨螺桿一起升降，能在套管之中上下運動。螺管與套管之間設置能保持兩者同軸的同軸結構，螺管轉動時，套管隨螺管的升降而升降。所述同軸結構可以是在所述螺管上方設置一圈同軸凸環或同軸凹槽，在套管的下表面開設一圈同樣直徑的同軸凹槽或同軸凸環。所述同軸結構也可以是在所述螺管上方設置若干根定位銷，在套管的下表面相應位置開設定位銷孔。鋪粉厚度的精度由螺桿的螺距決定。鋪粉厚度的控制通過將螺管/螺桿相對旋轉適當的角度實現，鋪粉厚度在最大厚度之內連續可調。鋪粉最大厚度取決于螺桿上螺紋長度、套管高度、墊片厚度和基體材料厚度。工作前，先將螺桿和螺管通過螺紋裝配在一起，然后在螺桿上再裝上墊片，然后裝上套管，螺管與套管之間設置能保持兩者同軸的同軸結構，由此組成可以精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置。工作時，首先在套管中放入基體材料，然后旋轉螺桿，帶動墊片和基體材料升降，將基體材料鋪粉面和套管上端面調節在同一水平面；然后記下與螺桿標記線對應的螺管刻度。由于螺桿的螺距就是螺管/螺桿旋轉一周，螺管帶動套管上升的高度，即螺管/螺桿旋轉一周的鋪粉厚度，據此可確定旋轉角度與鋪粉厚度之間的關系，據此關系由預設的鋪粉厚度，可算出需旋轉的角度，旋轉后再用游標卡尺校核之后即可鋪粉。鋪粉后繼續旋轉螺桿，使套管上升一定的高度，然后將對應的壓頭放入套管中，保證壓頭高度高于套管端面，將裝置放入壓機工作位置，對粉層冷壓；冷壓后取出裝置，依次取下套管、壓頭、帶冷壓粉層的基體材料，墊片，工作結束。若因粉粒掉入配合間隙或某種原因，螺管和螺桿之間旋轉困難時，可拆開裝置，進行擦拭沖洗，排除阻礙螺桿/管旋轉的因素。本發明的有益效果在于鋪粉厚度在裝置最大設計厚度內連續可調，精度可達O. Imm甚至更高，有助于分析鋪粉厚度與冷壓載荷、冷壓時間，進而與激光輻射功率、速度等參數之間的關系，實現對鋪粉厚度的優化。
冷壓時限制粉層在基體材料鋪粉面上滑動，避免其沿與鋪粉面平行的方向滑出壓力區，提高了冷壓粉層厚度和致密度的均勻性。可以根據基體材料的形狀尺寸，更換套管和壓頭，而不改變鋪粉的精度。裝置結構簡單，易于操作，適用性強，維護簡便，特別是適合實驗室的工藝研究實驗。
圖I是本發明用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置的一實施例，裝配結構上下分解示意圖；圖2是圖I實施例各零部件裝配使用狀態結構示意圖；圖3是本發明又一實施例裝配結構上下分解示意圖，顯示了同軸機構為定位銷的結構。圖中，I為壓頭、2為粉塵、3為基體材料板、4為套管、4a為同軸凹槽,4b為粉塵腔，4c為定位銷孔,5為墊片、6為同軸凸環、7為螺管,8為螺桿,9為機座，10為定位銷。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例，對本發明作進一步詳細說明。一種用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置在機座9上垂直固定螺桿8，螺桿8的上端旋入水平配置圓盤狀的螺管7中，螺管7的上方配置盤式套管4，螺管7與套管4之間設置能保持兩者同軸的同軸結構；套管4的中央開設與基體材料板3同樣形狀大小的粉塵孔腔4b ；在粉塵孔腔4b中配置一塊墊片5，墊片5的水平投影包容于粉塵孔腔4b內；在粉塵孔腔4b中放置基體材料板3，在基體材料板3上鋪設粉塵2，在粉塵2上方壓入水平投影形狀大小與基體材料板3相同的金屬壓頭I。所述基體材料板3為圓形。所述基體材料板3為矩形。所述螺管7上方設置一圈同軸凸環6，在套管4的下表面開設一圈同樣直徑的同軸凹槽4a。
所述螺管7上方設置至少三根定位銷10，在套管4的下表面相應位置開設定位銷孔4c ο所述定位銷10與定位銷孔4c排布在同軸的同樣直徑上。所述套管4的高度，大于墊片5、基體材料板3和粉塵2厚度之和。所述螺管7外周面上周向360度平均分布標有刻度，螺桿8上設有一條標記刻線。實施例已知基體材料為直徑50mm的圓片狀，厚度10mm，欲在基體材料上預置的松粉厚度為2. 5mm-0. 8mm，期望鋪粉厚度的精度為O. 1mm。查閱直徑與螺距(GB193-81)、粗牙普通螺紋基本尺寸(GB196-81)，公稱直徑27mm，細牙螺距1mm，則旋轉36度時，鋪粉厚度變化
O.Imm0根據上述條件，設計鋪粉裝置尺寸如下螺桿M27X 1，螺紋長度40mm，螺桿總長度60mm ;螺管M27X I,外徑80mm,高度20mm ;圓形墊片厚度IOmm,直徑50mm ;定位銷直徑5mm,長度8mm ;套管外徑80mm,內徑50mm,高度30mm ;壓頭直徑50mm,高度50mm。裝置材料為45號鋼，所有定位孔直徑5mm，螺管上定位孔深度為5mm，螺管外周上按5度刻畫標尺，調節精度可達O. 02mm。裝置最大設計鋪粉厚度IOmm,鋪粉厚度在Omm-IOmm之間連續可調。
權利要求
1.一種用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，其特征在于 在機座(9)上垂直固定螺桿(8)，螺桿(8)的上端旋入水平配置圓盤狀的螺管(7)中，螺管(7)的上方配置盤式套管(4)，螺管(7)與套管(4)之間設置能保持兩者同軸的同軸結構； 套管(4)的中央開設與基體材料板(3)同樣形狀大小的粉塵孔腔(4b)； 在粉塵孔腔(4b)中配置一塊墊片(5)，墊片(5)的水平投影包容于粉塵孔腔(4b)內； 在粉塵孔腔(4b)中放置基體材料板(3)，在基體材料板(3)上鋪設粉塵(2)，在粉塵(2)上方壓入水平投影形狀大小與基體材料板(3)相同的金屬壓頭(I)。
2.根據權利要求I所述用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，其特征在于所述基體材料板(3)為圓形。
3.根據權利要求I所述用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，其特征在于所述基體材料板(3)為矩形。
4.根據權利要求I所述用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，其特征在于所述螺管(7)上方設置ー圈同軸凸環出)，在套管(4)的下表面開設ー圈同樣直徑的同軸凹槽(4a)。
5.根據權利要求I所述用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，其特征在于所述螺管(7)上方設置至少三根定位銷(10)，在套管(4)的下表面相應位置開設定位銷孔(4c)。
6.根據權利要求5所述用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，其特征在于所述定位銷(10)與定位銷孔(4c)排布在同軸的同樣直徑上。
7.根據權利要求I所述用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，其特征在于所述套管(4)的高度，大于墊片(5)、基體材料板(3)和粉塵(2)厚度之和。
8.根據權利要求I所述用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，其特征在于所述螺管(7)外周面上周向360度平均分布標有刻度，螺桿(8)上設有一條標記刻線。
全文摘要
本發明涉及工裝夾具/模具的設計領域，一種用于精確控制激光熔凝預置粉層厚度的裝置，在機座(9)上垂直固定螺桿(8)，螺桿(8)的上端旋入水平配置圓盤狀的螺管(7)中,螺管(7)的上方配置盤式套管(4)，螺管(7)與套管(4)之間設置能保持兩者同軸的同軸結構；套管(4)的中央開設與基體材料板(3)同樣形狀大小的粉塵孔腔(4b)；在粉塵孔腔(4b)中配置一塊墊片(5),墊片(5)的水平投影包容于粉塵孔腔(4b)內；在粉塵孔腔(4b)中放置基體材料板(3)，在基體材料板(3)上鋪設粉塵(2)，在粉塵(2)上方壓入水平投影形狀大小與基體材料板(3)相同的金屬壓頭(1)。本發明結構簡單，易于操作，鋪粉厚度連續可調，精度高，特別是適合工藝研究實驗用。
文檔編號C23C24/10GK102839371SQ20121035680
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者劉延輝, 李軍, 黃晨 申請人:上海工程技術大學