利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2018111082338
申请人: 盐城工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.齿轮油泵激光-电弧复合异质增材制造系统,其特征在于,包括:工业控制计算机(8)、冷却水泵(9)、激光器(10)、激光器控制柜(11)、机器人(12)、机器人控制柜(13)、电弧焊机(14)、增材制造装置(15)、送丝机(16)、基板(17)和数控工作台(18);工业控制计算机(8)与激光器控制柜(11)、电弧焊机(14)、送丝机(16)、机器人控制柜(13)、数控工作台(18)之间信号连接,激光器控制柜(11)与激光器(10)信号连接,激光器(10)与激光头(157)间激光束传输光纤连接;电弧焊机(14)与电弧焊枪(159)之间导管连接,送丝机(16)与送丝嘴(158)之间导管连接,机器人控制柜(13)与机器人(12)信号连接,基板(17)固定于数控工作台(18)上,冷却水泵(9)与冷却水进水口(152)、冷却水出水口(160)管道连接;

所述增材制造装置(15)由电弧喷嘴(151)、冷却水进水口(152)、复合送丝头(153)、激光出口(154)、焊丝M2(155)、焊丝M1(156)、激光头(157)、送丝嘴(158)、电弧焊枪(159)和冷却水出水口(160)组成;复合送丝头(153)较长轴线上依次设有电弧喷嘴(151)、激光头(157)和送丝嘴(158)的安装孔,电弧焊枪(159)通过电弧喷嘴(151)螺纹固定在复合送丝头(153)上,焊丝M1(156)穿过电弧焊枪(159);复合送丝头(153)螺纹固定在激光头(157)下方,激光头(157)的下出口即为激光出口(154),上方与激光器(10)连接,激光头(157)的侧面连接在机器人(12)的法兰上;送丝嘴(158)螺纹固定在复合送丝头(153)上,送丝机(16)将焊丝M2(155)通过送丝管线送到送丝嘴(158);在安装孔两侧各分布有一条冷却管道,每条冷却管道都有一个冷却水进水口(152)和冷却水出水口(160)。

2.根据权利要求1所述齿轮油泵激光-电弧复合异质增材制造系统,其特征在于,所述工业控制计算机(8)中设置有轨迹数据生成模块(6)和工艺参数调整模块(7),轨迹数据生成模块(6)用于将层数层高数据、单层控制点轨迹数据传输至数控工作台(18),以调整基板(17)的位移;工艺参数调整模块(7)用于调整激光器(10)的激光功率和离焦量、送丝机(16)的送丝速度、电弧焊枪(159)的电弧电压和电弧焊机(14)的焊接电流。

3.根据权利要求1所述齿轮油泵激光-电弧复合异质增材制造系统,其特征在于,所述增材制造装置(15)中电弧喷嘴(151)轴线与激光出口(154)轴线的夹角为30°,激光出口(154)轴线与送丝嘴(158)的夹角为60°。

4.如权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的齿轮油泵激光-电弧复合异质增材制造系统的增材制造方法,其特征在于,具体按照以下步骤进行:步骤一,使用轨迹数据生成模块(6)将齿轮油泵异质泵体3D模型分层,得到齿轮油泵异质泵体分层模型和层数层高数据,对齿轮油泵异质泵体分层模型进行圆弧插补,生成齿轮油泵异质泵体单层增材轨迹;

步骤二,安装基板(17):

将基板(17)水平安装在数控工作台(18)上;

步骤三,工艺参数调整模块(7)设置工艺参数;

步骤四,工业控制计算机(8)通过机器人控制柜(13)控制机器人(12),带动增材制造装置(15)移动到增材制造开始点(3),调整增材制造装置(15)的位置,使激光束垂直于基板(17);

所述增材制造开始点(3)是异质增材制造的起始点;

步骤五,泵体内侧异质增材区域(4)制造:

开启冷却水泵(9),工业控制计算机(8)同步发出指令给激光器控制柜(11)、电弧焊机(14)、送丝机(16)、数控工作台(18),激光将焊丝M2(155)熔化,电弧焊枪(159)将焊丝M1(156)熔化,二者形成联合熔池,并在激光的作用下充分混合形成异质增材区域(4),当制造的泵体毛坯异质层宽度达到10mm,即到达增材制造方式切换点(5)处时,送丝机(16)停止送丝;

数控工作台(18)运行速度为1.0m/min,制造工艺是在Ar气的保护下进行的;

增材制造方式切换点(5)插入有控制送丝机(16)的开启与关闭的控制指令,增材制造方式切换点(5)就是异质增材与单质增材的切换处;

步骤六,泵体外侧单质增材区域(1)制造:

激光辅助电弧焊枪(159)将焊丝M1(156)熔化,沉积完成泵体外侧的单质增材区域(1),直至完成设定轨迹;

步骤七,工业控制计算机(8)发出指令控制机器人(12)向上移动3mm,并回到上一层增材制造开始点(3),然后重复上述步骤五~步骤六,制造齿轮油泵异质泵体的剩余部分;

步骤八,重复步骤七,直至齿轮油泵异质泵体毛坯增材制造完成,工业控制计算机(8)通过激光器控制柜(11)控制激光器(10)关闭,电弧焊机(14)停止送丝并停止工作,关闭冷却水泵(9),通过机器人控制柜(13)控制机器人(12)带动增材制造装置(15)回到安全位,齿轮油泵异质泵体毛坯制造完成。

5.根据权利要求4所述齿轮油泵激光-电弧复合异质增材制造方法,其特征在于,所述焊丝M1(156)为不锈钢焊丝,焊丝M2(155)为镍铬合金焊丝。

6.根据权利要求4所述齿轮油泵激光-电弧复合异质增材制造方法,其特征在于,所述步骤三中设置的工艺参数为:激光器(10)的激光功率为1.8kW,离焦量为+3mm,电弧焊枪(159)的电弧电压为26V,电弧焊机(14)的焊接电流为200A,保护气体为纯Ar,送丝机(16)输送焊丝速度为5m/min。

7.根据权利要求4所述齿轮油泵激光-电弧复合异质增材制造方法,其特征在于,所述冷却水泵(9)开启时,使得电弧焊枪(159)的工作温度维持在30~80℃。

8.根据权利要求4所述齿轮油泵激光-电弧复合异质增材制造方法,其特征在于,所述步骤六中进行泵体外侧单质增材区域(1)制造时,还能关闭激光器(10),仅依靠电弧焊机(14)进行单质增材制造。

9.根据权利要求4所述齿轮油泵激光-电弧复合异质增材制造方法,其特征在于,所述步骤六中进行泵体外侧单质增材区域(1)制造时,还能关闭电弧焊机(14)、开启送丝机(16),仅依靠激光器(10)进行单质增材制造。