一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法
【專利摘要】一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法，涉及一種管道成型方法，所述方法包括依據(jù)模型管道所在位置及相關(guān)尺寸，使用KUKA.?SimPro2.0軟件進(jìn)行管道成型的路徑規(guī)劃，以求解器求出的圓形軌跡第一點(diǎn)作為初始點(diǎn)，按逆時(shí)針方向逼近第一道圓形軌跡，終點(diǎn)回到原初始點(diǎn)，然后在該位置處，使熔覆頭在Z軸方向提升1mm，仍以該點(diǎn)為初始點(diǎn)重復(fù)剛才的圓形軌跡，按此方法在Z軸方向先熔覆10道，觀察實(shí)際成形效果再確定后續(xù)的加工方案；最終形成符合使用需求的復(fù)雜形狀的薄壁圓形冷卻管路，將管路直接埋入金屬澆鑄成內(nèi)部帶復(fù)雜形狀冷卻管路的模具，使最終制造出的模具性能滿足冷卻要求，從而使模具在生產(chǎn)中能夠發(fā)揮出更佳效能。
【專利說明】一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管道成型方法，特別是涉及一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前關(guān)于金屬粉末的激光熔覆成形技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，并沒有廣泛運(yùn)用于實(shí)際工程領(lǐng)域，特別是鐵基粉末的激光熔覆快速成型，其成熟的優(yōu)化工藝和應(yīng)用技術(shù)成果較少，為推進(jìn)該技術(shù)在實(shí)際工程領(lǐng)域的發(fā)展，需要研究鐵基材料的熔覆成型工藝，研究工藝參數(shù)與成型質(zhì)量的關(guān)系，最終得到最優(yōu)化的工藝參數(shù)，掌握其熔覆成型技術(shù)方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在 于提供一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法，該方法利用鐵基金屬粉末通過輪廓控制方式進(jìn)行精確的軌跡插補(bǔ)運(yùn)動，再結(jié)合四軸同軸送粉器的精確送粉量控制等措施，通過調(diào)整送粉量、進(jìn)給速度、激光功率、氮保護(hù)氣流量等參數(shù)，利用最終優(yōu)化的合理工藝參數(shù)和方法進(jìn)行圓管水路單道多層激光熔覆成型。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法，所述方法包括依據(jù)模型管道所在位置及相關(guān)尺寸，使用KUKA.SimPro2.0軟件進(jìn)行管道成型的路徑規(guī)劃，以求解器求出的圓形軌跡第一點(diǎn)作為初始點(diǎn)，按逆時(shí)針方向逼近第一道圓形軌跡，終點(diǎn)回到原初始點(diǎn)，然后在該位置處，使熔覆頭在Z軸方向提升1_，仍以該點(diǎn)為初始點(diǎn)重復(fù)剛才的圓形軌跡，按此方法在Z軸方向先熔覆10道，觀察實(shí)際成形效果再確定后續(xù)的加工方案；在進(jìn)行高層熔覆時(shí)，需要依次改變每層熔覆層的起點(diǎn)位置，從而減小高層熔覆件在高度方向的偏差；管道成型初始加工方法:其工藝參數(shù)激光功率600W，送粉電壓10V，Z方向提升高度1mm，單一改變送粉速度的大小，使其取值分別為5mm/s,8mm/s, 10mm/s,進(jìn)行熔覆5層的管道成形；單一改變掃描速度的數(shù)值，實(shí)際成形管道時(shí)依據(jù)該參數(shù)，減小掃描速度值即可達(dá)到壁厚的實(shí)際加工要求。
[0005]所述的一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法，所述工藝參數(shù):熔覆頭與基體間的距離:14mm，同軸送粉器載氣流量:200L/h，保護(hù)氣壓(N2):0.1MPa
送粉氣壓(N2):0.3MPa，光斑直徑:2 mm，熔覆方式:單道熔覆，單道熔覆最佳工藝參數(shù):激光功率600W，掃描速度2mm/s，送粉電壓10V。
[0006]所述的一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法，所述要加工的高為20mm的圓形管道，由于每層熔覆層的高度大約為1mm，因此至少需要熔覆20層；在實(shí)驗(yàn)時(shí)可以在前五層保持每道熔覆層的起始點(diǎn)不變，在第二個(gè)五層變換起始點(diǎn)的位置，使其位置與原位置在逆時(shí)針方向偏差45度，第三個(gè)起始點(diǎn)的位置再在逆時(shí)針方向偏差45度，第四個(gè)五層也如此變換。
[0007]所述的一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法，所述管道模型，在一塊長為100mm，寬為40mm，厚度為8mm的Q23?鋼板上，采用金屬粉末激光熔覆成型的方法加工出內(nèi)徑為20mm,壁厚為2mm,高度為20mm的直線型薄壁圓形管道。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
本發(fā)明針對Q23?材料制成的大型模具，其內(nèi)部要求有圓管狀彎曲形態(tài)的冷卻水路，利用一定硬度的鐵基金屬粉末結(jié)合3000瓦光纖激光設(shè)備,再以KUKA機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用手工編程或自動編程方式，通過輪廓控制方式進(jìn)行精確的軌跡插補(bǔ)運(yùn)動，再結(jié)合四軸同軸送粉器的精確送粉量控制等措施，通過調(diào)整送粉量、進(jìn)給速度、激光功率、氮保護(hù)氣流量等參數(shù)，利用最終優(yōu)化的合理工藝參數(shù)和方法進(jìn)行圓管水路單道多層激光熔覆成型，最終形成符合使用需求的復(fù)雜形狀的薄壁圓形冷卻管路，將管路直接埋入金屬澆鑄成內(nèi)部帶復(fù)雜形狀冷卻管路的模具，使最終制造出的模具性能滿足冷卻要求，從而使模具在生產(chǎn)中能夠發(fā)揮出更佳效能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明流程圖；
圖2為本發(fā)明管道模型照片圖；
圖3 Ca)為本發(fā)明模型二維圖俯視圖；
圖3 (b)為本發(fā)明模型二維圖主視圖；
圖4為本發(fā)明圓形軌跡初始點(diǎn)圖； 圖5 (a)初始成型管道制件主視照片圖；
圖5 (b)初始成型管道制件俯視照片圖；
圖6起始點(diǎn)位置示意圖；
圖7 Ca)改進(jìn)后管道制品主視照片圖；
圖7 (b)改進(jìn)后管道制品俯視照片圖；
圖8不同參數(shù)下的管道制品照片。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0011]實(shí)施例:
本發(fā)明設(shè)備包括:YLS-3000光纖激光器(德國IPG公司)；PERCITEC YC52透射式激光熔覆頭(德國Precitec公司)；FHPF_10同軸送粉器(飛虹激光)，送粉顆粒范圍200~400目；KUKA-KR30機(jī)械手,重復(fù)定位精度小于0.06mm。
[0012]Q235D基體成分:參見表1，實(shí)驗(yàn)基體材料選為Q23?鋼板，鋼板尺寸為100_X30_X8mm。實(shí)驗(yàn)前用砂紙打磨掉鋼板表面氧化層并用丙酮清洗掉表面油污及雜質(zhì)。
[0013]粉末成分:參見表1，激光熔覆成形用粉末材料為鐵基合金粉末。粒度為200-300目。實(shí)驗(yàn)前對成形粉末進(jìn)行真空烘干處理，去除粉末表面附著的水分。
[0014]表1 Q235D、鐵基粉末成分表
【權(quán)利要求】
1.一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法，其特征在于，所述方法包括依據(jù)模型管道所在位置及相關(guān)尺寸，使用KUKA.SimPro2.0軟件進(jìn)行管道成型的路徑規(guī)劃，以求解器求出的圓形軌跡第一點(diǎn)作為初始點(diǎn)，按逆時(shí)針方向逼近第一道圓形軌跡，終點(diǎn)回到原初始點(diǎn)，然后在該位置處，使熔覆頭在Z軸方向提升1mm，仍以該點(diǎn)為初始點(diǎn)重復(fù)剛才的圓形軌跡，按此方法在Z軸方向先熔覆10道，觀察實(shí)際成形效果再確定后續(xù)的加工方案；在進(jìn)行高層熔覆時(shí)，需要依次改變每層熔覆層的起點(diǎn)位置，從而減小高層熔覆件在高度方向的偏差；管道成型初始加工方法:其工藝參數(shù)激光功率600W，送粉電壓10V，Z方向提升高度1mm，單一改變送粉速度的大小，使其取值分別為5mm/s,8mm/s, 10mm/s,進(jìn)行熔覆5層的管道成形；單一改變掃描速度的數(shù)值，實(shí)際成形管道時(shí)依據(jù)該參數(shù)，減小掃描速度值即可達(dá)到壁厚的實(shí)際加工要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法，其特征在于，所述工藝參數(shù):熔覆頭與基體間的距離:14mm，同軸送粉器載氣流量:200L/h，保護(hù)氣壓(N2):0.1MPa 送粉氣壓(N2):0.3MPa，光斑直徑:2 mm，熔覆方式:單道熔覆，單道熔覆最佳工藝參數(shù):激光功率600W，掃描速度2mm/s，送粉電壓10V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法，其特征在于，所述要加工的高為20mm的圓形管道，由于每層熔覆層的高度大約為1mm，因此至少需要熔覆20層；在實(shí)驗(yàn)時(shí)可以在前五層保持每道熔覆層的起始點(diǎn)不變，在第二個(gè)五層變換起始點(diǎn)的位置，使其位置與原位置在逆時(shí)針方向偏差45度，第三個(gè)起始點(diǎn)的位置再在逆時(shí)針方向偏差45度，第四個(gè)五層也如此變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵基粉末激光熔覆管道成型方法，其特征在于，所述管道模型，在一塊長為100mm，寬為40mm，厚度為8mm的Q23?鋼板上，采用金屬粉末激光熔覆成型的方法加工出內(nèi)徑為20mm,壁厚為2mm,高度為20mm的直線型薄壁圓形管道。
【文檔編號】C23C24/10GK104005022SQ201410242176
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】張德強(qiáng), 李金華, 趙帥, 牛興林 申請人:遼寧工業(yè)大學(xué)