[發(fā)明專利]一種軋輥表面局部激光熔注仿生強(qiáng)化方法與設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310436927.5
• 申請(qǐng)日: 2013-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN103710699A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉立君;柳學(xué)楊;王義強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): 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

1.一種軋輥表面局部激光熔注仿生強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于：所述設(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)生器和四自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)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)生器和四自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)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(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)具有多尺度激光熔注強(qiáng)化層工藝模塊、軋輥表面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)模塊和軋輥表面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊；

所述的多尺度激光熔注強(qiáng)化層工藝模塊，其第一部分是加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)是對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)和優(yōu)化的結(jié)果；數(shù)據(jù)庫(kù)中每一條數(shù)據(jù)記錄包括軋輥的材料牌號(hào)、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，熔注后軋輥表面化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、耐磨性；其第二部分是仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控模塊，該部分主要接收視覺硬件系統(tǒng)圖像信號(hào)，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)和四軸數(shù)控工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)狀態(tài)；

所述的軋輥表面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)軋輥表面磨損區(qū)域不同特征，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和特征參數(shù)優(yōu)化，從減小軋輥表面強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變角度，完成仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)；

所述的軋輥表面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊可根據(jù)設(shè)計(jì)好的軋輥表面仿生結(jié)構(gòu)體自動(dòng)形成數(shù)控加工程序，驅(qū)動(dòng)四自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)；也可以在其它計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)好軋輥表面仿生結(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(guò)緊固件連接，通過(guò)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)控模塊；

???所述的四自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)，其Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)床主體上，其X向進(jìn)給機(jī)構(gòu)通過(guò)滑軌和絲杠安裝在Y向機(jī)構(gòu)上，Z向上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在Y向機(jī)構(gòu)上，激光頭、同軸視覺和陶瓷送粉器通過(guò)機(jī)械連接固定在Z向上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，B軸卡盤和軸向定位機(jī)構(gòu)帶動(dòng)軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.一種利用權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備進(jìn)行軋輥功能表面局部激光熔注仿生強(qiáng)化方法，其特征在于：在軋輥功能表面，利用激光陶瓷熔注加工的方法，對(duì)表面進(jìn)行填加化學(xué)元素和仿生強(qiáng)化。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述在軋輥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)體筋脈寬度W1、W2為0.1~10mm，仿生結(jié)構(gòu)體筋脈厚度h2為0.1~8mm，仿生結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格長(zhǎng)度W3為0.5~50mm，仿生結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格寬度W4為0.5~50mm，仿生耐磨點(diǎn)直徑d為0.5~40mm，仿生耐磨點(diǎn)厚度h1為0.1~8mm，仿生結(jié)構(gòu)體筋脈夾角θ為10~170度。

5.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。