CN107639152A - 一种激光增材试件摩擦压力剪切变形装置 - Google Patents

Abstract

一种激光增材试件摩擦压力剪切变形装置，主要包括电机、冲头、主变形机构、齿条、销轴、滑块、导轨、法兰盘、电动缸、电动缸控制部、顶杆、转接板、底板、筒夹、中空夹头座、熔覆层、连接块、齿轮、圆锥滚子轴承等。本发明用一个轴承将安装轴和齿轮连接在一起，减少了安装步骤，方便拆卸，并且用一个轴承还能起到促进齿轮转动的作用，减少了很多摩擦；用筒夹和夹头座的结合装置调节幅度大，内部可以放大一点的材料，也可以放小一点的，装卸材料也很方便；对于高温情况下的剪切变形，如果筒夹无法承受，还可以在内部焊其他耐热材料，因此此装置使用范围很广；本装置在车床上完成，控制系统操作电动缸，对环境没有污染，其中大多数材料都能够回收利用。

Description

一种激光增材试件摩擦压力剪切变形装置

技术领域

本发明属于激光增材试件塑性变形技术领域。

背景技术

在激光增材试件塑形变形方面，由于存在工艺参数、工艺条件、熔池熔体状态的波动、扫描填充轨迹的变换等不连续和不稳定影响，会产生各种冶金缺陷(气孔、夹杂物和裂纹等)，因此控制内部质量和保证力学性能一直是制约该技术发展和应用的关键“瓶颈难题”。

当激光增材材料用于再制造修复时，受到待修复零件的形状和尺寸不同，以及不能影响其组织和力学性能，热处理调整沉积层组织受到很大限制，而塑性变形是调整组织，保证力学性能的重要手段，因此为了达到甚至超过常规变形和热处理工艺的水平，提出了摩擦压力剪切方法，原理就是压头旋转产生摩擦热，材料侧面的套筒和压头旋转的摩擦力使试件产生与旋碾变形相同的剪切变形。

然而对于在激光加工塑性变形中经常使用的摩擦压力剪切变形装置，目前尚缺少一种用于科研中的研究装置，使其方便拆卸，简单易操作，而且大多数装置比较单一，应用范围狭窄，效率低。因此设计一种易于拆装，应用范围大，在不同温度下能够操控的摩擦压力剪切变形装置成了当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现传统摩擦压力剪切方法的效果，方便拆卸，应用范围广的激光增材试件摩擦压力剪切变形装置。

本发明主要包括有电机、冲头、主变形机构、齿条、销轴、滑块、导轨、法兰盘、电动缸、电动缸控制部、顶杆、转接板、底板、筒夹、中空夹头座、熔覆层、连接块、齿轮、圆锥滚子轴承、安装轴、上部凹槽、轴段、底部法兰盘、通孔、销孔和条形通孔。

其中，电动缸控制部与电动缸相连，电动缸与法兰盘固定连接，在法兰盘的中部设有通孔，电动缸的顶杆从法兰盘的通孔中延伸至法兰盘的另一侧。电动缸顶杆的自由端通过销轴与转接板固定连接，电动缸顶杆设在连接板的上部。在连接板的下部固定连接两组滑块，滑块的位置相对应。两组滑块分别滑动连接在两根导轨上。导轨相互平行且固定在底板的上部。在转接板的上部固定设有齿条。底部法兰盘上设有销孔和通孔，底部法兰盘通过销轴螺钉固定在底板上，在底部法兰盘的上部设有安装轴，在安装轴中部设有一周圆环形的凹槽，即为轴段，安装轴的轴段外部套接圆锥滚子轴承，安装轴穿过齿轮的中部。在安装轴的顶部设有条形的上部凹槽，在上部凹槽内固定连接块，熔覆层与连接块顶端的外表面焊接在一起，冲头2置于熔覆层的上部，冲头的顶端通过联轴器与电机的输出轴相连。在连接块的外部套接筒夹，筒夹为倒圆台型、中部中空且上下开口，在筒夹的外表面设有径向条形通孔。在筒夹上部的外表面设有一周环形凹槽。在齿轮的上部设有上开口的、中空夹头座，夹头座的截面呈倒T字型，夹头座上设有螺纹孔，夹头座与齿轮通过螺钉相连。夹头座套接在筒夹的外部，且夹头座的顶部卡接在筒夹上部的环形凹槽内。在夹头座的外表面设有螺纹，套接在夹头座外部的螺母与夹头座之间螺纹连接。上述筒夹、夹头座、连接块、齿轮、圆锥滚子轴承和安装轴组成主变形机构。

本发明在使用时，将熔覆层与连接块焊接在一起，以便固定夹紧。电动缸在控制系统的操纵下推动顶杆往复直线运动，顶杆上安装的关节轴承通过销轴与四个滑块和两个导轨连接在一起，与此同时，齿条也与四滑块和导轨系统通过转接板连接在一起，这样就转化成了齿条的直线运动，齿条与齿轮啮合，夹头座与齿轮通过螺钉固定在一起，这样装在夹头座内部的筒夹会做圆周运动。在实验前首先使用扳手把筒夹上的螺母拧紧，使筒夹夹紧激光熔覆材料，冲头在电机的操控下旋转，并且向下运动，通过摩擦使激光熔覆材料产生热量，随着温度的升高，传热到材料下部，材料向侧面运动，这时候由于筒夹夹紧材料，在往复的圆周运动过程中会对材料起到剪切变形的效果，细化晶粒，激光熔覆材料性能得到明显提高，在筒夹与材料间出现松动时还可以调节螺母进一步拧紧。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、用一个轴承将安装轴和齿轮连接在一起，减少了安装步骤，方便拆卸，并且用一个轴承还能起到促进齿轮转动的作用，减少了很多摩擦；

2、用筒夹和夹头座的结合装置调节幅度大，内部可以放大一点的材料，也可以放小一点的，装卸材料也很方便；

3、对于高温情况下的剪切变形，如果筒夹无法承受，还可以在内部焊其他耐热材料，因此此装置使用范围很广；

4、本装置在车床上完成，控制系统操作电动缸，对环境没有污染，其中大多数材料都能够回收利用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中主变形部分的主视图；

图3为图2中主变形部分的剖视图；

图4为图2中主变形部分的俯视图；

图5为图3中安装轴的三维结构图；

图6为图3中安装轴的俯视图；

图7为图3中筒夹的结构示意图。

图中，1-电机、2-冲头、3-主变形机构、4-齿条、5-销轴、6-滑块、7-导轨、8-法兰盘、9-电动缸、10-电动缸控制部、11-顶杆、12-转接板、13-底板、32-筒夹、33-中空夹头座、34-熔覆层、35-连接块、36-齿轮、37-圆锥滚子轴承、38-安装轴、381-上部凹槽、382-轴段、383-底部法兰盘、384-通孔、385-销孔、322-条形通孔。

具体实施方式

在图1至图6所示的本发明的示意见图中，电动缸控制部10与电动缸9相连，电动缸与法兰盘8固定连接，在法兰盘的中部设有通孔，电动缸的顶杆11从法兰盘的通孔中延伸至法兰盘的另一侧。电动缸顶杆的自由端通过销轴5与转接板12固定连接，电动缸顶杆设在连接板的上部。在连接板的下部固定连接两组滑块6，滑块的位置相对应。两组滑块分别滑动连接在两根导轨7上。导轨相互平行且固定在底板13的上部。在转接板的上部固定设有齿条4。底部法兰盘383上设有销孔385和通孔384，底部法兰盘383通过销轴螺钉固定在底板上，在底部法兰盘的上部设有安装轴38，在安装轴中部设有一周圆环形的凹槽，即为轴段382，安装轴的轴段外部套接圆锥滚子轴承37，安装轴穿过齿轮36的中部。在安装轴的顶部设有条形的上部凹槽381，在上部凹槽内固定连接块35，熔覆层34与连接块顶端的外表面焊接在一起，冲头2置于熔覆层的上部，冲头的顶端通过联轴器与电机1的输出轴相连。在连接块的外部套接筒夹32，筒夹为倒圆台型、中部中空且上下开口，在筒夹的外表面设有径向条形通孔322。在筒夹上部的外表面设有一周环形凹槽。在齿轮的上部设有上开口的、中空夹头座33，夹头座的截面呈倒T字型，夹头座上设有螺纹孔，夹头座与齿轮通过螺钉相连。夹头座套接在筒夹的外部，且夹头座的顶部卡接在筒夹上部的环形凹槽内。在夹头座的外表面设有螺纹，套接在夹头座外部的螺母与夹头座之间螺纹连接。上述筒夹、夹头座、连接块、齿轮、圆锥滚子轴承和安装轴组成主变形机构3。

Claims (2)

1.一种激光增材试件摩擦压力剪切变形装置，主要包括电机、冲头、主变形机构、齿条、销轴、滑块、导轨、法兰盘、电动缸、电动缸控制部、顶杆、转接板、底板、筒夹、中空夹头座、熔覆层、连接块、齿轮、圆锥滚子轴承、安装轴、上部凹槽、轴段、底部法兰盘、通孔、销孔和条形通孔，其特征在于：电动缸控制部与电动缸相连，电动缸与法兰盘固定连接，在法兰盘的中部设有通孔，电动缸的顶杆从法兰盘的通孔中延伸至法兰盘的另一侧，电动缸顶杆的自由端通过销轴与转接板固定连接，电动缸顶杆设在连接板的上部，在连接板的下部固定连接两组滑块，滑块的位置相对应，两组滑块分别滑动连接在两根导轨上，导轨相互平行且固定在底板的上部，在转接板的上部固定设有齿条，底部法兰盘上设有销孔和通孔，底部法兰盘通过销轴螺钉固定在底板上，在底部法兰盘的上部设有安装轴，在安装轴中部设有一周圆环形的凹槽，即为轴段，安装轴的轴段外部套接圆锥滚子轴承，安装轴穿过齿轮的中部，在安装轴的顶部设有条形的上部凹槽，在上部凹槽内固定连接块，熔覆层与连接块顶端的外表面焊接在一起，冲头置于熔覆层的上部，冲头的顶端通过联轴器与电机的输出轴相连，在连接块的外部套接筒夹，筒夹为倒圆台型、中部中空且上下开口，在筒夹的外表面设有径向条形通孔，在筒夹上部的外表面设有一周环形凹槽，在齿轮的上部设有上开口的、中空夹头座，夹头座的截面呈倒T字型，夹头座上设有螺纹孔，夹头座与齿轮通过螺钉相连，夹头座套接在筒夹的外部，且夹头座的顶部卡接在筒夹上部的环形凹槽内，在夹头座的外表面设有螺纹，套接在夹头座外部的螺母与夹头座之间螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种激光增材试件摩擦压力剪切变形装置，其特征在于：筒夹、夹头座、连接块、齿轮、圆锥滚子轴承和安装轴组成主变形机构。