[發明專利]齒輪油泵激光-電弧復合異質增材制造系統及方法

有效

• 申請號: 201811108233.8
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN108994459B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 劉雙宇;張心明;劉國昌;張天馳;張宏
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B23K26/348
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了一種齒輪油泵激光?電弧復合異質增材制造系統及方法，該系統包括：工業控制計算機、冷卻水泵、激光器、激光器控制柜、機器人、機器人控制柜、電弧焊機、增材制造裝置、送絲機、基板和數控工作臺；增材制造裝置包括電弧噴嘴、冷卻水進水口、復合送絲頭、激光出口、焊絲M2、焊絲M1、激光頭、送絲嘴、電弧焊槍和冷卻水出水口；該制造方法包括：單層增材輥跡生成、基板安裝、工藝參數設置、增材制造前準備、異質、單質增材區域制造及增材制造結束后處理；本系統能進行激光增材制造、電弧增材制造以及激光?電弧單質、異質增材制造，制備工藝簡單、成型效率高、成本低，制備的齒輪油泵異質泵體毛坯內側硬度高，使用壽命長。

技術領域

本發明屬于激光增材制造和電弧增材制造技術領域，特別是涉及一種齒輪油泵激光-電弧復合異質增材制造系統及方法。

背景技術

齒輪油泵利用一對齒輪嚙合轉動進行工作，主要由齒輪、軸、泵體、泵蓋、軸承套、軸端密封等組成，廣泛應用于石油、化工、船舶、電力、冶金及國防科研等行業。

齒輪油泵是液壓系統中提供可靠動力的關鍵裝置，機械系統中要求齒輪油泵具有工作平穩可靠、使用壽命長、抗沖擊載荷等特性；但是，在實際工作中齒輪油泵泵體常出現磨損現象，嚴重影響齒輪油泵的工作壽命和可靠性；齒輪油泵泵體主要存在兩種磨損方式：一是齒輪工作受壓力油的作用，齒輪齒頂靠近油泵殼體，導致泵體內側的低壓腔部分嚴重磨損；二是油液不凈，導致泵體內工作面呈圓周磨損。

在傳統齒輪油泵中，齒輪通常經氮化處理有較高的硬度和耐磨性，而泵體內工作面的耐磨性則較差，會造成泵體內工作面的磨損，使泵體與齒輪間的配合間隙變大，造成內漏，進而使得齒輪泵的容積效率下降，油泵輸出功率大大低于輸入功率，其損耗全部轉變為熱能，引起油泵過熱，也影響油泵的泵油能力與精度。

近年來隨著機械技術水平的提升，研究出齒輪油泵內外異質泵體，該泵體內部為耐磨材料，外部為普通材料，從工程應用來看異質泵體有效提高了齒輪油泵的耐磨性和使用壽命，但是目前這種異質泵體的加工方法存在著工藝工序復雜、工藝成本較高、生產效率低等缺點。

金屬部件采用的鑄造、鍛造等熱加工工藝被材料成形工藝制約，液態金屬的流動性和高溫金屬的延展性使很多材料的成形困難、成形質量差；機械加工方法制備金屬部件盡管加工精度高，但存在材料利用率低、工序繁多復雜、生產周期長、制造成本高等問題，因此，目前兩類制造工藝都無法滿足齒輪異質泵體的快速研制及批量生產的要求。

金屬增材制造技術是在CAD軟件驅動下，利用熱源熔化金屬材料，逐層沉積疊加形成部件的方法，具有生產周期短、成本低、節省材料、制造速度快、受部件幾何形狀影響小等優點，已成為快速制造金屬部件越來越有吸引力的解決方案，適合金屬部件的快速成形以及零件的修復。

目前較成熟的主流金屬增材制造方法是激光增材制造和電弧增材制造；激光增材制造技術主要是通過利用激光照射金屬粉末或者金屬焊絲使其逐層熔化，熔化材料按照相應的工件輪廓逐漸累加，以制造實體零件的技術；電弧增材制造技術是指采用電弧作為熱源將金屬焊絲熔化，然后按設定成形路徑在基板上堆積層片，層層堆敷直至金屬零件成形結束；電弧增材制造成形零件由全焊縫金屬組成，致密性高、冶金結合性能好、化學成分均勻、力學性能好，相比于激光增材制造技術，電弧增材制造技術具有成本低、成形速率快、能夠成形大尺寸結構件等優點，但是其成形精度相對較差；激光增材制造技術具有成形精度較高，能制造形狀復雜的零件等優點，但是其成形效率較前者低，設備成本高；從成形效率、成形質量、組織力學特性、復雜零件的適應性等各方面考慮，兩種增材技術都存在各異性，單獨采用任何一種增材制造方式都不能達到齒輪油泵異質泵體毛坯的制造要求。

因此，需要發明一種高效率、高質量、低成本、適應性強的增材制造系統和方法，并能夠實現機械零部件的分區域增材制造、單質增材制造或是異質增材制造的能力，以實現齒輪油泵異質泵體毛坯的快速生產。

發明內容