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专利号: 2021112194760
申请人: 长春大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高频振动滚压强化激光熔覆层的装置,包括机器人手臂(I),机器人手臂(I)与激光熔覆头(1)机械连接,其特征在于,激光熔覆头(1)上设置超声滚压系统(II),超声滚压系统(II)包括与激光熔覆头(1)固定连接的超声滚压系统支架(2),超声滚压系统支架(2)上滑动设置载荷加载横向滑块(3)和横向位置调整块(9);

紧固螺钉(8)分别穿过载荷加载横向滑块(3)和横向位置调整块(9)与超声滚压系统支架(2)相接触;载荷加载横向滑块(3)上设置加压组件,横向位置调整块(9)上滑动设置升降组件,且加压组件和升降组件的底端均与超声振动装置(11)转动连接;

超声振动装置(11)的底端转动设置压滚(12),且压滚(12)与激光熔覆头(1)产生的光斑位置固定,即压滚(12)与激光熔覆头(1)在加工状态时的相对位置固定,它们能够在机器人手臂(I)带动下进行同步移动。

2.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置,其特征在于,加压组件包括设置在载荷加载横向滑块(3)上的载荷加载壳(4),载荷加载壳(4)内部螺纹连接载荷加载螺杆(5),中部设置压力传感器(6),下端设置导杆(7),且载荷加载螺杆(5)与压力传感器(6)连接,压力传感器(6)与导杆(7)连接,导杆(7)与超声振动装置(11)转动连接。

3.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置,其特征在于,紧固螺钉(8)穿过载荷加载横向滑块(3)后与载荷加载螺杆(5)相接触。

4.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置,其特征在于,载荷由加载螺杆施加,可提供0‑500N的压力。

5.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置,其特征在于,超声滚压系统支架(2)与激光熔覆头(1)连接处设置阻尼垫片。

6.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置,其特征在于,升降组件包括与横向位置调整块(9)滑动连接的纵向位置调整柱(10),紧固螺钉(8)穿过横向位置调整块(9)后与纵向位置调整柱(10)接触,纵向位置调整柱(10)下部转动连接超声振动装置(11)。

7.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置,其特征在于,超声振动装置(11)内置超声波换能器,提供频率为20KHz、25KHz、28KHz和40KHz的超声振动。

8.一种使用如权利要求1‑7中任意一项所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置的方法,具体包括以下步骤,且以下步骤顺次进行:步骤一、安装和调试超声滚压系统(II):固定待加工的工件,平板类工件用压板类夹具,轴类工件用卡盘和托架固定,确定激光熔覆头(1)的喷嘴与熔覆基体平面的距离H,即调整离焦量,并调整机器人手臂(I),使激光熔覆方向与超声滚压系统(II)工作方向D一致,依据光斑的大小及实验数据,确定压滚(12)与熔覆层接触处为激光熔池的边缘,即确定参数S3数值;沿超声滚压系统支架(2)水平移动载荷加载横向滑块(3)和横向位置调整块(9)的位置,依据确定的参数S3数值和熔覆工件的表面形状,调节S1、S2参数,即调节压滚(12)相对激光熔池的位置,使得压滚(12)能够放置在熔池边缘;在激光熔覆开始之前依据设定的试验参数数值,调整好载荷加载装置和超声振动装置(11);

步骤二、准备和启动系统:

首先在机器人手臂(I)静止不动的情况下,观察压滚(12)的位置、施加载荷的数值、超声振动的输出是否准确平稳,如有问题及时调整;然后,依据加工轨迹,应用机器人手臂(I)的移动带动激光熔覆头(1)和超声滚压系统(II)移动,观察压滚(12)是否滚动、载荷数值、超声振动是否平稳,如有问题及时调整;

上述装置在静态和动态情况下工作稳定后,选定基体材料及熔覆材料,首先开启超声滚压系统(II),然后开启激光熔覆系统,即开启激光辐射和机器人手臂(I)移动,进行激光熔覆和超声滚压共同制备熔覆层;依据一定的搭接率制备用于实验的小面积熔覆层,制备后首先关闭激光熔覆系统,然后关闭超声滚压系统(II);

步骤三、优化加工参数

熔覆层制备后,观察、测定、分析熔覆层的状态,多次实验后,对比分析各个参数对熔覆层的作用,找到最优参数;应用优化参数进行大面积熔覆层制备。