[發(fā)明專利]一種閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化方法與設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310437999.1
• 申請(qǐng)日: 2013-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN103710700A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉立君
• 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;B23K26/02;B23K26/34
• 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: 代總炯

1.一種閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(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(jué)監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、高能束發(fā)生器和三自由度數(shù)控工作臺(tái)組成，控制單元分別與仿生結(jié)構(gòu)體視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、高能束發(fā)生器和三自由度數(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)具有多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊、閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)模塊和閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊；

所述多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊包括加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和仿生結(jié)構(gòu)體視覺(jué)監(jiān)控單元，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中每一條數(shù)據(jù)記錄包括材料的牌號(hào)、原始顯微組織，激光功率、掃描速度、熔注陶瓷速度、離焦量、陶瓷材料、陶瓷顆粒尺寸、陶瓷體積分?jǐn)?shù)、陶瓷彌散形態(tài)，化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、摩擦、磨損和熱疲勞；所述仿生結(jié)構(gòu)體視覺(jué)監(jiān)控單元主要接受視覺(jué)硬件系統(tǒng)圖像信號(hào)，處理陶瓷熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形狀態(tài)，從而控制陶瓷熔注工藝參數(shù)和五軸數(shù)控工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)狀態(tài)；

所述閥門密封面仿生結(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)閥門密封表面不同特征，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和特征參數(shù)優(yōu)化，從減小閥門密封表面強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變角度，設(shè)計(jì)仿生單元體和不同單元體按一定規(guī)律偶聯(lián)構(gòu)成仿生結(jié)構(gòu)體；仿生單元體設(shè)計(jì)包括仿生單元體的形態(tài)、幾何尺寸、化學(xué)成分、組織形態(tài)、陶瓷顆粒尺寸、陶瓷體積分?jǐn)?shù)和陶瓷彌散形態(tài)設(shè)計(jì)；仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)包括各仿生單元體耦合形式和偶聯(lián)結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)；

所述閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊能夠根據(jù)設(shè)計(jì)好的閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體自動(dòng)形成數(shù)控加工程序，驅(qū)動(dòng)三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)；也能夠在其它計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)好閥門密封面表面仿生結(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(jué)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(jué)傳感陶瓷熔注熔化狀態(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(jué)監(jiān)控單元；

所述高能束發(fā)生器是激光或等離子弧發(fā)生器；

所述陶瓷精密送粉器采用后側(cè)熔注陶瓷顆粒，陶瓷包括TiC、WC和SiC，送粉速度1～200?mg/s，顆粒尺寸為10nm～1.0mm，在仿生單元體中陶瓷的體積分?jǐn)?shù)為10%～50%，熔注層厚度0.01～2.0mm；

所述“三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)”的閥門由卡盤夾在床身上面，在工作中，由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)軌立柱由螺栓固定在床身上面，Z向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可沿著導(dǎo)軌立柱上下運(yùn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)里面絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，完成Y向進(jìn)給移動(dòng)，高能束發(fā)生器可由螺釘固定在Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)左端，同軸視覺(jué)安裝在高能束發(fā)生器上，陶瓷精密送粉器由螺釘固定在電機(jī)的后面，可提供陶瓷粉末，同軸視覺(jué)、陶瓷精密送粉器和高能束發(fā)生器一起隨著電機(jī)的左右移動(dòng)可伸入閥門內(nèi)部進(jìn)行工作。

3.一種利用權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備進(jìn)行閥門密封功能表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化方法，其特征在于：在閥門密封功能表面，利用高能束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：仿生強(qiáng)化是按閥門密封表面仿生強(qiáng)化模型，在閥門密封表面熔注陶瓷顆粒而成仿生結(jié)構(gòu)體，弧形仿生單元體寬度W1為0.1～5.0mm，弧形仿生單元體深度L2為0.1～3.0mm，弧形仿生單元體曲度θ為30～180度，圓形仿生單元體間距W2為0.2～10.0mm，圓形仿生單元體深度L1為0.1～3.0mm，?圓形仿生單元體直徑d為0.1～10.0mm。