专利名称：一种用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及工装夹具/模具的设计领域，具体地说涉及到一种用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度装置的设计。
背景技术：
激光熔覆是一种重要的激光表面改性技术，其供料方式有预置粉层，同步供粉和同步供丝几种。预置供粉包括直接预置，冷压预置，粘接预置，喷涂预置等方法，直接预置可以通过预制凹槽控制预置粉层厚度，但因粉体中含有较多的空气，因此涂层中易形成气孔、氮化物和氧化物等杂质；冷压预置是用压力机将粉体压成一定厚度的片状，可以排除粉体中的大部分气体，提高涂层质量，但预置粉片的厚度受粉体流动性影响，常存在厚度不均匀现象；粘结预置是用粘结剂将粉体调制呈糊状，在涂刷在基体表面烘烤后进行熔覆，粘结剂 的存在会影响涂层的质量，而预置厚度均匀性受涂刷技术影响较大；喷涂预置需要在喷涂机进行喷涂预置，成本较高。同步供粉包括同轴送粉和侧向送粉两种，一般是用气体流作为供粉的载体，对于混合粉末特别是颗粒密度和大小差异较大时，混合的均匀性较差。当熔覆料为丝状或棒状时，激光熔覆和自动焊接工艺基本相当。虽然自动化程度高的特点使得同步送粉在工业批量生产中大量应用，但其也存在流动性受粉体流动性制约、粉体污染送粉器、混合粉难以均匀混合等缺点。因此，在激光熔覆的科学研究中，预置粉层，特别是直接预置因工艺简单，用粉量小，便于调整粉层的化学配比，混粉均匀性好，成本低、不需要昂贵复杂的送粉器等特点得到广泛的应用。但是，预置粉层的铺粉工艺一般为手工铺粉，存在铺粉厚度的均匀性，一致性难以保证的缺点。简单的预置凹槽法虽然能够控制铺粉的厚度，但厚度不能调整且精度差，在后续的冷压过程中通常也不能限制粉体在压力作用下沿周向的移动，使得粉层致密度较差，冷压效果不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单，成本低，便于操作，具有较高适用性，可以精确控制激光熔凝预置粉层厚度，保证粉层厚度均匀性和一致性的装置，具有厚度易调控，精度闻，可有效提闻冷压效果等特点。本发明中设计的装置，目的就是为了解决预置铺粉厚度的灵活性、均匀性和一致性问题，具有厚度易调控，精度闻，可有效提闻冷压效果等特点。本发明是通过以下技术方案实现的一种用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，其特征在于在机座上垂直固定螺杆，螺杆的上端旋入水平配置圆盘状的螺管中，螺管的上方配置盘式套管，螺管与套管之间设置能保持两者同轴的同轴结构；套管的中央开设与基体材料板同样形状大小的粉尘孔腔；在粉尘孔腔中配置一块垫片，垫片的水平投影包容于粉尘孔腔内；
在粉尘孔腔中放置基体材料板，在基体材料板上铺设粉尘，在粉尘上方压入水平投影形状大小与基体材料板相同的金属压头。进一步，所述基体材料板为圆形。进一步，所述基体材料板为矩形。进一步，所述螺管上方设置一圈同轴凸环，在套管的下表面开设一圈同样直径的同轴凹槽。进一步，所述螺管上方设置若干根定位销，在套管的下表面相应位置开设定位销孔。更进一步，所述定位销与定位销孔排布在同轴的同样直径上。 进一步，所述套管的高度，大于垫片、基体材料板和粉尘厚度之和。进一步，所述螺管外周面上周向360度平均分布标有刻度，螺杆上设有一条标记刻线。一种用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，所述装置包括螺杆、螺管、垫片、套管、压块。螺杆为固定直径的圆柱体，螺杆和螺管通过螺纹装配在一起。套管内孔形状尺寸与用做铺粉基底材料的形状尺寸一致，即基底材料可以放入套管内孔而不留孔隙，但套管的高度大于基体材料厚度、垫片厚度与预置粉层最大厚度之和。垫片为圆片状，其直径大于螺杆直径，与用做铺粉基底材料的尺寸相当，当其在套管内孔中转动时，其运动不会受到套管内孔尺寸的阻挡或制约。螺管的内径小于套管内孔最小尺寸。螺管外周面上按周向360度平均分布标有刻度，螺杆上有一条标记刻线。垫片垫在螺杆上，当螺杆转动时垫片可以随螺杆一起升降，能在套管之中上下运动。螺管与套管之间设置能保持两者同轴的同轴结构，螺管转动时，套管随螺管的升降而升降。所述同轴结构可以是在所述螺管上方设置一圈同轴凸环或同轴凹槽，在套管的下表面开设一圈同样直径的同轴凹槽或同轴凸环。所述同轴结构也可以是在所述螺管上方设置若干根定位销，在套管的下表面相应位置开设定位销孔。铺粉厚度的精度由螺杆的螺距决定。铺粉厚度的控制通过将螺管/螺杆相对旋转适当的角度实现，铺粉厚度在最大厚度之内连续可调。铺粉最大厚度取决于螺杆上螺纹长度、套管高度、垫片厚度和基体材料厚度。工作前，先将螺杆和螺管通过螺纹装配在一起，然后在螺杆上再装上垫片，然后装上套管，螺管与套管之间设置能保持两者同轴的同轴结构，由此组成可以精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置。工作时，首先在套管中放入基体材料，然后旋转螺杆，带动垫片和基体材料升降，将基体材料铺粉面和套管上端面调节在同一水平面；然后记下与螺杆标记线对应的螺管刻度。由于螺杆的螺距就是螺管/螺杆旋转一周，螺管带动套管上升的高度，即螺管/螺杆旋转一周的铺粉厚度，据此可确定旋转角度与铺粉厚度之间的关系，据此关系由预设的铺粉厚度，可算出需旋转的角度，旋转后再用游标卡尺校核之后即可铺粉。铺粉后继续旋转螺杆，使套管上升一定的高度，然后将对应的压头放入套管中，保证压头高度高于套管端面，将装置放入压机工作位置，对粉层冷压；冷压后取出装置，依次取下套管、压头、带冷压粉层的基体材料，垫片，工作结束。若因粉粒掉入配合间隙或某种原因，螺管和螺杆之间旋转困难时，可拆开装置，进行擦拭冲洗，排除阻碍螺杆/管旋转的因素。本发明的有益效果在于铺粉厚度在装置最大设计厚度内连续可调，精度可达O. Imm甚至更高，有助于分析铺粉厚度与冷压载荷、冷压时间，进而与激光辐射功率、速度等参数之间的关系，实现对铺粉厚度的优化。
冷压时限制粉层在基体材料铺粉面上滑动，避免其沿与铺粉面平行的方向滑出压力区，提高了冷压粉层厚度和致密度的均匀性。可以根据基体材料的形状尺寸，更换套管和压头，而不改变铺粉的精度。装置结构简单，易于操作，适用性强，维护简便，特别是适合实验室的工艺研究实验。
图I是本发明用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置的一实施例，装配结构上下分解示意图；图2是图I实施例各零部件装配使用状态结构示意图；图3是本发明又一实施例装配结构上下分解示意图，显示了同轴机构为定位销的结构。图中，I为压头、2为粉尘、3为基体材料板、4为套管、4a为同轴凹槽,4b为粉尘腔，4c为定位销孔,5为垫片、6为同轴凸环、7为螺管,8为螺杆,9为机座，10为定位销。
具体实施例方式以下结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。一种用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置在机座9上垂直固定螺杆8，螺杆8的上端旋入水平配置圆盘状的螺管7中，螺管7的上方配置盘式套管4，螺管7与套管4之间设置能保持两者同轴的同轴结构；套管4的中央开设与基体材料板3同样形状大小的粉尘孔腔4b ；在粉尘孔腔4b中配置一块垫片5，垫片5的水平投影包容于粉尘孔腔4b内；在粉尘孔腔4b中放置基体材料板3，在基体材料板3上铺设粉尘2，在粉尘2上方压入水平投影形状大小与基体材料板3相同的金属压头I。所述基体材料板3为圆形。所述基体材料板3为矩形。所述螺管7上方设置一圈同轴凸环6，在套管4的下表面开设一圈同样直径的同轴凹槽4a。
所述螺管7上方设置至少三根定位销10，在套管4的下表面相应位置开设定位销孔4c ο所述定位销10与定位销孔4c排布在同轴的同样直径上。所述套管4的高度，大于垫片5、基体材料板3和粉尘2厚度之和。所述螺管7外周面上周向360度平均分布标有刻度，螺杆8上设有一条标记刻线。实施例已知基体材料为直径50mm的圆片状，厚度10mm，欲在基体材料上预置的松粉厚度为2. 5mm-0. 8mm，期望铺粉厚度的精度为O. 1mm。查阅直径与螺距(GB193-81)、粗牙普通螺纹基本尺寸(GB196-81)，公称直径27mm，细牙螺距1mm，则旋转36度时，铺粉厚度变化
O.Imm0根据上述条件，设计铺粉装置尺寸如下螺杆M27X 1，螺纹长度40mm，螺杆总长度60mm ;螺管M27X I,外径80mm,高度20mm ;圆形垫片厚度IOmm,直径50mm ;定位销直径5mm,长度8mm ;套管外径80mm,内径50mm,高度30mm ;压头直径50mm,高度50mm。装置材料为45号钢，所有定位孔直径5mm，螺管上定位孔深度为5mm，螺管外周上按5度刻画标尺，调节精度可达O. 02mm。装置最大设计铺粉厚度IOmm,铺粉厚度在Omm-IOmm之间连续可调。
权利要求
1.一种用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，其特征在于 在机座(9)上垂直固定螺杆(8)，螺杆(8)的上端旋入水平配置圆盘状的螺管(7)中，螺管(7)的上方配置盘式套管(4)，螺管(7)与套管(4)之间设置能保持两者同轴的同轴结构； 套管(4)的中央开设与基体材料板(3)同样形状大小的粉尘孔腔(4b)； 在粉尘孔腔(4b)中配置一块垫片(5)，垫片(5)的水平投影包容于粉尘孔腔(4b)内； 在粉尘孔腔(4b)中放置基体材料板(3)，在基体材料板(3)上铺设粉尘(2)，在粉尘(2)上方压入水平投影形状大小与基体材料板(3)相同的金属压头(I)。
2.根据权利要求I所述用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，其特征在于所述基体材料板(3)为圆形。
3.根据权利要求I所述用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，其特征在于所述基体材料板(3)为矩形。
4.根据权利要求I所述用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，其特征在于所述螺管(7)上方设置ー圈同轴凸环出)，在套管(4)的下表面开设ー圈同样直径的同轴凹槽(4a)。
5.根据权利要求I所述用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，其特征在于所述螺管(7)上方设置至少三根定位销(10)，在套管(4)的下表面相应位置开设定位销孔(4c)。
6.根据权利要求5所述用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，其特征在于所述定位销(10)与定位销孔(4c)排布在同轴的同样直径上。
7.根据权利要求I所述用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，其特征在于所述套管(4)的高度，大于垫片(5)、基体材料板(3)和粉尘(2)厚度之和。
8.根据权利要求I所述用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，其特征在于所述螺管(7)外周面上周向360度平均分布标有刻度，螺杆(8)上设有一条标记刻线。
全文摘要
本发明涉及工装夹具/模具的设计领域，一种用于精确控制激光熔凝预置粉层厚度的装置，在机座(9)上垂直固定螺杆(8)，螺杆(8)的上端旋入水平配置圆盘状的螺管(7)中,螺管(7)的上方配置盘式套管(4)，螺管(7)与套管(4)之间设置能保持两者同轴的同轴结构；套管(4)的中央开设与基体材料板(3)同样形状大小的粉尘孔腔(4b)；在粉尘孔腔(4b)中配置一块垫片(5),垫片(5)的水平投影包容于粉尘孔腔(4b)内；在粉尘孔腔(4b)中放置基体材料板(3)，在基体材料板(3)上铺设粉尘(2)，在粉尘(2)上方压入水平投影形状大小与基体材料板(3)相同的金属压头(1)。本发明结构简单，易于操作，铺粉厚度连续可调，精度高，特别是适合工艺研究实验用。
文档编号C23C24/10GK102839371SQ20121035680
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者刘延辉, 李军, 黄晨 申请人:上海工程技术大学