[發(fā)明專利]一種水輪機(jī)葉片表面局部激光熔注仿生強(qiáng)化方法與設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310436473.1
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103710697A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉立君;姜亞青;王義強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 寧波市鄞州甬致專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33228
• 代理人: 代忠炯

1.一種水輪機(jī)葉片表面局部激光熔注仿生強(qiáng)化設(shè)備，由控制單元、仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、激光發(fā)生器和五自由度數(shù)控工作臺組成，控制單元分別與仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、激光發(fā)生器和五自由度數(shù)控機(jī)械工作臺的通訊接口系統(tǒng)相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于：

控制單元包括一臺工業(yè)控制計算機(jī)，該計算機(jī)具有多尺度激光熔注強(qiáng)化層工藝模塊、水輪機(jī)葉片面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計模塊和水輪機(jī)葉片表面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊；

所述多尺度激光熔注強(qiáng)化層工藝模塊包括加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫和仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元，所述數(shù)據(jù)庫中每一條數(shù)據(jù)記錄包括水輪機(jī)葉片的材料牌號、原始顯微組織，激光功率、掃描速度、離焦量，陶瓷材料、顆粒尺寸、體積分?jǐn)?shù)、彌散形態(tài)、熔注速度，熔注后葉片化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、耐磨性；所述仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元主要接受視覺硬件系統(tǒng)圖像信號，處理激光熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形狀態(tài)，從而控制激光熔注工藝參數(shù)和五軸數(shù)控工作臺聯(lián)動狀態(tài)。

3.所述水輪機(jī)葉片面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計模塊是選擇具有耐磨抗裂功能的生物為生物原型，運(yùn)用相似理論，對生物體幾何尺寸、外形、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特征進(jìn)行模擬和參數(shù)優(yōu)化，建立相應(yīng)生物模型，針對水輪機(jī)葉片表面強(qiáng)化區(qū)域尺寸、形狀、流道曲率不同特征，通過計算機(jī)數(shù)值模擬和特征參數(shù)優(yōu)化，從減小水輪機(jī)葉片表面強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變角度，設(shè)計仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計；

所述水輪機(jī)葉片面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊能夠根據(jù)設(shè)計好的水輪機(jī)葉片面仿生結(jié)構(gòu)體數(shù)自動形成數(shù)控加工程序，驅(qū)動五自由度數(shù)控機(jī)械工作臺；也能夠在其它計算機(jī)設(shè)計好水輪機(jī)葉片表面仿生結(jié)構(gòu)體，生成數(shù)控加工程序，然后導(dǎo)入該示教系統(tǒng)中；

同軸視覺傳感采集系統(tǒng)與激光器通過緊固件連接，通過CCD視覺傳感激光熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形特征，傳給控制單元中仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元；

所述五自由度數(shù)控機(jī)械工作臺是一個龍門數(shù)控操作平臺，包括Y向機(jī)構(gòu)安裝在龍門橫梁上，能夠沿著圖2標(biāo)示Y向移動，?Z向上下進(jìn)給結(jié)構(gòu)安裝在Y向移動機(jī)構(gòu)上，激光頭與B軸驅(qū)動相連，B軸驅(qū)動與C軸驅(qū)動相連，C軸安裝在立柱上，可沿Z軸上下移動，龍門中間是安裝葉片固定夾具平臺，可沿X方向移動。

4.一種利用權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備進(jìn)行水輪機(jī)葉片功能表面局部激光熔注仿生強(qiáng)化方法，其特征在于：在水輪機(jī)葉片功能表面，利用激光陶瓷熔注加工的方法，對表面進(jìn)行填加化學(xué)元素和仿生強(qiáng)化。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述在水輪機(jī)葉片表面局部激光熔注陶瓷顆粒而成仿生結(jié)構(gòu)體，仿生結(jié)構(gòu)體翅膜寬度W?為0.05~50mm，仿生結(jié)構(gòu)體翅膜長度L1為0.5~1000mm，仿生結(jié)構(gòu)體翅膜厚度h2為0.1~8mm，仿生結(jié)構(gòu)體翅脈寬度d為0.1~10mm，仿生結(jié)構(gòu)體翅脈厚度h1為0.1~8mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述激光熔注碳化物陶瓷顆粒，陶瓷包括TiC、WC和SiC，送陶瓷粉速度1～200?mg/s，顆粒尺寸為10nm～1.0mm，在仿生結(jié)構(gòu)體中陶瓷的體積分?jǐn)?shù)為10%～50%，熔注層厚度0.01～2.0mm。