一種閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化方法與設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化方法與設(shè)備，采用高能束陶瓷熔注方法，針對(duì)閥門密封表面幾何區(qū)域特征，從仿生角度出發(fā)，研究耐磨損、抗疲勞生物原型；從減小閥門密封表面強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變角度，將生物原型抗磨損、耐疲勞的結(jié)構(gòu)通過(guò)激光熔注“復(fù)制”在閥門密封表面，提高閥門密封表面的耐磨性與熱疲勞性，延長(zhǎng)閥門使用壽命，為閥門密封表面強(qiáng)化提供了一種新的方法。
【專利說(shuō)明】一種閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化方法與設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]閥門是氣體、液體、粉末材料輸送系統(tǒng)中的控制元件，具有導(dǎo)流、截流、節(jié)流調(diào)節(jié)、防止倒流、分流或溢流卸壓等功能。閥門一般應(yīng)具有密封性能、強(qiáng)度性能、調(diào)節(jié)性能、動(dòng)作性能和流通性能。目前，我國(guó)閥門企業(yè)約6000余家，其中年產(chǎn)值超過(guò)500萬(wàn)元的有900家。國(guó)內(nèi)上市的閥門公司3家，即中核科技、洪城股份、廣東明珠。去年，中核科技主營(yíng)業(yè)務(wù)收入
3.7億元，而洪城股份和廣東明珠主營(yíng)業(yè)務(wù)收入均低于中核科技。這些企業(yè)在產(chǎn)品質(zhì)量上與國(guó)外同類企業(yè)尚有較大差距。我國(guó)閥門行業(yè)每年有100多億元的市場(chǎng)被國(guó)外閥門企業(yè)占領(lǐng)，而其中主要份額又在于核閥等高參數(shù)閥門。到2020年我國(guó)將開工51座百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組，到2020年末中國(guó)核電裝機(jī)容量將達(dá)到4000萬(wàn)千瓦(2020年末核電運(yùn)行規(guī)模4000萬(wàn)千瓦，尚有1800萬(wàn)千瓦結(jié)轉(zhuǎn)下個(gè)五年計(jì)劃)。也就是說(shuō)，從2007年起中國(guó)每年將至少批準(zhǔn)建設(shè)二個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組。即今后13年中，中國(guó)每年都要建設(shè)一座像“大亞灣”一樣的核電站。其中需要核閥約100萬(wàn)臺(tái)，總額超過(guò)200個(gè)億。再加上海外市場(chǎng)，開發(fā)前景將十分廣闊。如前所述，閥門密封面是閥門的關(guān)鍵部位，是閥門最重要的工作面，提高閥門密封面的耐磨性、耐蝕性、耐高溫等綜合性能直接延長(zhǎng)閥門的使用壽命，避免發(fā)生過(guò)早失效，從而挽回生產(chǎn)中不必要的損失，將會(huì)大大推動(dòng)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。
[0003]陶瓷熔注技術(shù)目前已經(jīng)被認(rèn)為是制備金屬基復(fù)合材料層最為理想的方法之一，是激光或等離子弧局部 熔化金屬基體，同時(shí)將陶瓷粉末注入到熔池中，陶瓷粒子在熔池的快速凝固中被凍結(jié)，實(shí)現(xiàn)了基體上層顆粒增強(qiáng)，提高金屬表面耐磨性和硬度，顯示了激光熔注技術(shù)在金屬基體表面制備顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料層的優(yōu)勢(shì)。
[0004]自然界中生物體表經(jīng)過(guò)千百萬(wàn)年的進(jìn)化，形成了非常獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，生物體表是由凹坑、凸包、波紋、花紋、條狀、網(wǎng)絡(luò)或鱗片等幾何結(jié)構(gòu)組成的非光滑表面，生物體表單元體大小從幾十微米到幾十毫米，生物的非光滑體表具有減粘、降阻、耐磨的作用，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有很好的耐磨性。將生物表面耐磨、抗開裂原型應(yīng)用在閥門密封面強(qiáng)化領(lǐng)域，具有良好發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面:提供一種閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化設(shè)備，所述設(shè)備由控制單元、仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、高能束發(fā)生器和三自由度數(shù)控工作臺(tái)組成，控制單元分別與仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、高能束發(fā)生器和三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)的通訊接口系統(tǒng)相連?？刂茊卧ㄒ慌_(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)具有多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊、閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)模塊和閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊；所述多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊包括加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中每一條數(shù)據(jù)記錄包括材料的牌號(hào)、原始顯微組織，激光功率、掃描速度、熔注陶瓷速度、離焦量、陶瓷材料、陶瓷顆粒尺寸、陶瓷體積分?jǐn)?shù)、陶瓷彌散形態(tài)，化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、摩擦、磨損和熱疲勞；所述仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元主要接受視覺硬件系統(tǒng)圖像信號(hào)，處理陶瓷熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形狀態(tài)，從而控制陶瓷熔注工藝參數(shù)和五軸數(shù)控工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)狀態(tài)；所述閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)模塊是選擇具有耐磨抗裂功能的生物為生物原型，運(yùn)用相似理論，對(duì)生物體幾何尺寸、外形、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特征進(jìn)行模擬和參數(shù)優(yōu)化，建立相應(yīng)生物模型，針對(duì)閥門密封表面不同特征，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和特征參數(shù)優(yōu)化，從減小閥門密封表面強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變角度，設(shè)計(jì)仿生單元體和不同單元體按一定規(guī)律偶聯(lián)構(gòu)成仿生結(jié)構(gòu)體；仿生單元體設(shè)計(jì)包括仿生單元體的形態(tài)、幾何尺寸、化學(xué)成分、組織形態(tài)、陶瓷顆粒尺寸、陶瓷體積分?jǐn)?shù)和陶瓷彌散形態(tài)設(shè)計(jì)；仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)包括各仿生單元體耦合形式和偶聯(lián)結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)；所述閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊能夠根據(jù)設(shè)計(jì)好的閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體自動(dòng)形成數(shù)控加工程序，驅(qū)動(dòng)三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)；也能夠在其它計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)好閥門密封面表面仿生結(jié)構(gòu)體，生成數(shù)控加工程序，然后導(dǎo)入該示教系統(tǒng)中；
同軸視覺傳感采集系統(tǒng)與激光器通過(guò)緊固件連接，通過(guò)CCD視覺傳感陶瓷熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形特征，傳給控制單元中仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元；所述高能束發(fā)生器是激光或等離子弧發(fā)生器；所述陶瓷精密送粉器采用后側(cè)熔注陶瓷顆粒，陶瓷包括TiC、WC和SiC,送粉速度I~200 mg/s,顆粒尺寸為IOnm~1.0mm,在仿生單元體中陶瓷的體積分?jǐn)?shù)為10%~50%，熔注層厚度0.01~2. Omm ;所述三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)”的閥門由卡盤夾在床身上面，在工作中，由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)軌立柱由螺栓固定在床身上面，Z向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可沿著導(dǎo)軌立柱上下運(yùn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)里面絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，完成Y向進(jìn)給移動(dòng)，高能束發(fā)生器可由螺釘固定在Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)左端，同軸視覺安裝在高能束發(fā)生器上，陶瓷精密送粉器由螺釘固定在電機(jī)的后面，可提供陶瓷粉末，同軸視覺、陶瓷精密送粉器和高能束發(fā)生器一起隨著電機(jī)的左右移動(dòng)可伸入閥門內(nèi)部進(jìn)行工作。在閥門密封功能表面，利用高能束陶瓷熔注加工的方法，對(duì)表面進(jìn)行填加化學(xué)元素和仿生強(qiáng)化。仿生強(qiáng)化是按閥門密封表面仿生強(qiáng)化模型，在閥門密封表面熔注陶瓷顆粒而成仿生結(jié)構(gòu)體，弧形仿生單元體寬度Wl為O. I~5. Omm,弧形仿 生單元體深度L2為O. I~3. Omm,弧形仿生單元體曲度Θ為30~180度，圓形仿生單元體間距W2為O. 2~10.0mm,圓形仿生單元體深度LI為O. I~3. Omm,圓形仿生單兀體直徑d為O. I~10.0mm。
[0006]從仿生角度，提出閥門密封表面陶瓷熔注耦合仿生強(qiáng)化，將生物原型抗磨損、耐疲勞的結(jié)構(gòu)通過(guò)高能束陶瓷熔注“復(fù)制”在閥門密封表面，提高閥門密封表面的耐磨性，延長(zhǎng)閥門使用壽命，為閥門密封表面強(qiáng)化提供了一種新的方法。提出一種高能束陶瓷熔注閥門密封表面強(qiáng)化新工藝，由于熔注層和基體的化學(xué)成分呈平緩梯度過(guò)渡，兩者之間無(wú)明顯的界面，有利于解決激光或等離子弧熔覆由于熔覆層與基體之間化學(xué)成分存在較大梯度而導(dǎo)致的熔覆層易開裂的問(wèn)題。由于高能束陶瓷熔注過(guò)程中熔凝速度快，可以獲得一些在平衡態(tài)所無(wú)法得到的組織和物相，與激光或等離子弧熔覆比較，有利于閥門密封表面耐磨抗裂仿生結(jié)構(gòu)層制備，因此將陶瓷熔注技術(shù)和仿生技術(shù)相結(jié)合，用于閥門密封表面仿生強(qiáng)化，具有良好發(fā)展前景?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1閥門密封表面仿生強(qiáng)化設(shè)備控制結(jié)構(gòu)框圖 圖2閥門密封表面仿生強(qiáng)化設(shè)備主視結(jié)構(gòu)示意圖
其中:1電機(jī)2床身3卡盤4閥門5同軸視覺6陶瓷精密送粉器7 Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)8導(dǎo)軌立柱9電機(jī)10 Z向進(jìn)給機(jī)構(gòu)11電機(jī)12高能束發(fā)生器圖3閥門密封表面耦合仿生結(jié)構(gòu)體示意圖
其中:Wl弧形仿生單元體寬度 L2弧形仿生單元體深度W2圓形仿生單元體間距LI圓形仿生單元體深度d圓形仿生單元體直徑Θ弧形仿生單元體曲度。
【具體實(shí)施方式】
[0008]閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化設(shè)備，所述設(shè)備由控制單元、仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、高能束發(fā)生器和三自由度數(shù)控工作臺(tái)組成，控制單元分別與仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、高能束發(fā)生器和三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)的通訊接口系統(tǒng)相連?？刂茊卧ㄒ慌_(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)具有多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊、閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)模塊和閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊；所述多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊包括加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中每一條數(shù)據(jù)記錄包括材料的牌號(hào)、原始顯微組織，激光功率、掃描速度、熔注陶瓷速度、離焦量、陶瓷材料、陶瓷顆粒尺寸、陶瓷體積分?jǐn)?shù)、陶瓷彌散形態(tài)，化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、摩擦、磨損和熱疲勞；所述仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元主要接受視覺硬件系統(tǒng)圖像信號(hào)，處理陶瓷熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形狀態(tài)，從而控制陶瓷熔注工藝參數(shù)和五軸數(shù)控工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)狀態(tài)；所述閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)模塊是選擇具有耐磨抗裂功能的生物為生物原型，運(yùn)用相似理論，對(duì)生物體幾何尺寸、外形、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特征進(jìn)行模擬和參數(shù)優(yōu)化，建立相應(yīng)生物模型，針對(duì)閥門密封表面不同特征，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和特征參數(shù)優(yōu)化，從減小閥門密封表面強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變角度，設(shè)計(jì)仿生單元體和不同單元體按一定規(guī)律偶聯(lián)構(gòu)成仿生結(jié)構(gòu)體； 仿生單元體設(shè)計(jì)包括仿生單元體的形態(tài)、幾何尺寸、化學(xué)成分、組織形態(tài)、陶瓷顆粒尺寸、陶瓷體積分?jǐn)?shù)和陶瓷彌散形態(tài)設(shè)計(jì)；仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)包括各仿生單元體耦合形式和偶聯(lián)結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)；所述閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊能夠根據(jù)設(shè)計(jì)好的閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體自動(dòng)形成數(shù)控加工程序，驅(qū)動(dòng)三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)；也能夠在其它計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)好閥門密封面表面仿生結(jié)構(gòu)體，生成數(shù)控加工程序，然后導(dǎo)入該不教系統(tǒng)中；
同軸視覺傳感采集系統(tǒng)與激光器通過(guò)緊固件連接，通過(guò)CCD視覺傳感陶瓷熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形特征，傳給控制單元中仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元；所述高能束發(fā)生器是激光或等離子弧發(fā)生器；所述陶瓷精密送粉器采用后側(cè)熔注陶瓷顆粒，陶瓷包括TiC、WC和SiC,送粉速度I~200 mg/s,顆粒尺寸為IOnm~1.0mm,在仿生單元體中陶瓷的體積分?jǐn)?shù)為10%~50%，熔注層厚度0.01~2.0mm ;所述三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)”的閥門由卡盤夾在床身上面，在工作中，由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)軌立柱由螺栓固定在床身上面，Z向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可沿著導(dǎo)軌立柱上下運(yùn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)里面絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，完成Y向進(jìn)給移動(dòng)，高能束發(fā)生器可由螺釘固定在Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)左端，同軸視覺安裝在高能束發(fā)生器上，陶瓷精密送粉器由螺釘固定在電機(jī)的后面，可提供陶瓷粉末，同軸視覺、陶瓷精密送粉器和高能束發(fā)生器一起隨著電機(jī)的左右移動(dòng)可伸入閥門內(nèi)部進(jìn)行工作。在閥門密封功能表面，利用高能束陶瓷熔注加工的方法，對(duì)表面進(jìn)行填加化學(xué)元素和仿生強(qiáng)化。仿生強(qiáng)化是按閥門密封表面仿生強(qiáng)化模型，在閥門密封表面熔注陶瓷顆粒而成仿生結(jié)構(gòu)體，弧形仿生單元體寬度Wl為O. I~5. Omm,弧形仿生單元體深度L2為O. I~3. Omm,弧形仿生單元體曲度Θ為30~180度，圓形仿生單元體間距W2為O. 2~10.0mm,圓形仿生單元體深度LI為O. I~
3.Omm,圓形仿生單兀體直徑d為O. I~10.0mm。
[0009]閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化方法步驟如下：
I.將具有待加工閥門夾持B向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的夾具上，閉合電源，啟動(dòng)三自由度數(shù)控工作臺(tái)、高能束發(fā)生器電源、視覺采集系統(tǒng)和陶瓷精密送粉器。
[0010]2.通過(guò)三自由度數(shù)控工作臺(tái)調(diào)整高能束焦點(diǎn)、陶瓷熔注與閥門密封功能表面相對(duì)位置。
[0011]3.啟動(dòng)“多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊”，輸入信息，確定高能束陶瓷熔注優(yōu)化工藝參數(shù)；啟動(dòng)“閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)模塊”，針對(duì)閥門密封表面不同特征，設(shè)計(jì)仿生結(jié)構(gòu)體。
[0012]4.啟動(dòng)“閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊”，根據(jù)設(shè)計(jì)好的閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體自動(dòng)形成數(shù)控加工程序。
[0013]5.啟動(dòng)“加工開始”，將高能束陶瓷熔注優(yōu)化工藝參數(shù)傳遞到高能束發(fā)生器，輸出高能束，將數(shù)控加工程序傳遞到數(shù)控工作臺(tái)，數(shù)控平臺(tái)按照加工程序控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。
[0014]6.加工過(guò)程 中，(XD視覺監(jiān)控陶瓷熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形特征，對(duì)高能束加工參數(shù)和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡做局部微調(diào)，保證閥門密封功能表面仿生強(qiáng)化結(jié)構(gòu)體加工質(zhì)量。
[0015]閥門密封面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化
選擇具有耐磨抗裂功能如貝殼等為生物原型，運(yùn)用相似理論建立相應(yīng)的生物模型，根據(jù)閥門密封表面形態(tài)、材料、結(jié)構(gòu)特征，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和特征參數(shù)優(yōu)化，進(jìn)行閥門密封表面仿生單元體和結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)，利用高能束陶瓷熔注加工出具有仿生結(jié)構(gòu)密封表面的核閥門。閥門材料為16Mn，WC粉末由熔池中后部注入，平均尺寸為80 μ m，采用負(fù)離焦2. Omm，激光束加工斑點(diǎn)尺寸為4. Omm，激光功率密度480 W/mm2，掃描速度1.0 m/min，送粉速度110mg/s，熔注層中陶瓷(WC)的體積分?jǐn)?shù)為35%，陶瓷以均勻梯度彌散形態(tài)。在閥門密封表面加工成一定仿生紋理網(wǎng)格，如圖3 (a)所示，該網(wǎng)格仿生結(jié)構(gòu)體是由弧形單元體和圓形單元體按一定規(guī)律耦合而成，其深度方向截面如圖3 (b)所示，單元體中彌散熔注了碳化物陶瓷顆粒。其中弧形仿生單元體寬度Wl為2. Omm，弧形仿生單元體深度L2為1.0mm,圓形仿生單元體間距W2為8. Omm,圓形仿生單元體深度LI為I. 8mm,圓形仿生單元體直徑d為3. Omm,弧形仿生單元體曲度Θ為150度。閥門密封表面激光熔注仿生強(qiáng)化后，提高閥門使用壽命I. 5 倍。
【權(quán)利要求】
1.一種閥門密封表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備由控制單元、仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、高能束發(fā)生器和三自由度數(shù)控工作臺(tái)組成，控制單元分別與仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控系統(tǒng)、陶瓷精密送粉器、高能束發(fā)生器和三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)的通訊接口系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于: 控制單元包括一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)具有多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊、閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)模塊和閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊； 所述多尺度陶瓷熔注強(qiáng)化層工藝模塊包括加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中每一條數(shù)據(jù)記錄包括材料的牌號(hào)、原始顯微組織，激光功率、掃描速度、熔注陶瓷速度、離焦量、陶瓷材料、陶瓷顆粒尺寸、陶瓷體積分?jǐn)?shù)、陶瓷彌散形態(tài)，化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、摩擦、磨損和熱疲勞；所述仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元主要接受視覺硬件系統(tǒng)圖像信號(hào)，處理陶瓷熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形狀態(tài)，從而控制陶瓷熔注工藝參數(shù)和五軸數(shù)控工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)狀態(tài)； 所述閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)模塊是選擇具有耐磨抗裂功能的生物為生物原型，運(yùn)用相似理論，對(duì)生物體幾何尺寸、外形、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特征進(jìn)行模擬和參數(shù)優(yōu)化，建立相應(yīng)生物模型，針對(duì)閥門密封表面不同特征，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和特征參數(shù)優(yōu)化，從減小閥門密封表面強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變角度，設(shè)計(jì)仿生單元體和不同單元體按一定規(guī)律偶聯(lián)構(gòu)成仿生結(jié)構(gòu)體；仿生單元體設(shè)計(jì)包括仿生單元體的形態(tài)、幾何尺寸、化學(xué)成分、組織形態(tài)、陶瓷顆粒尺寸、陶瓷體積分?jǐn)?shù)和陶瓷彌散形態(tài)設(shè)計(jì)；仿生結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)包括各仿生單元體耦合形式和偶聯(lián)結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)； 所述閥門密封面仿生強(qiáng)化數(shù)控加工模塊能夠根據(jù)設(shè)計(jì)好的閥門密封面仿生結(jié)構(gòu)體自動(dòng)形成數(shù)控加工程序，驅(qū)動(dòng)三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)；也能夠在其它計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)好閥門密封面表面仿生結(jié)構(gòu)體，生成數(shù)控加工程序，然后導(dǎo)入該示教系統(tǒng)中； 同軸視覺傳感采集系統(tǒng)與激光器通過(guò)緊固件連接，通過(guò)CCD視覺傳感陶瓷熔注熔化狀態(tài)和仿生結(jié)構(gòu)體成形特征，傳給控制單元中仿生結(jié)構(gòu)體視覺監(jiān)控單元； 所述高能束發(fā)生器是激光或等離子弧發(fā)生器； 所述陶瓷精密送粉器采用后側(cè)熔注陶瓷顆粒，陶瓷包括Tic、WC和SiC，送粉速度I~200 mg/s,顆粒尺寸為IOnm~1.0mm,在仿生單元體中陶瓷的體積分?jǐn)?shù)為10%~50%,熔注層厚度0.01~2.0mm ； 所述“三自由度數(shù)控機(jī)械工作臺(tái)”的閥門由卡盤夾在床身上面，在工作中，由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)軌立柱由螺栓固定在床身上面，Z向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可沿著導(dǎo)軌立柱上下運(yùn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)里面絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，完成Y向進(jìn)給移動(dòng)，高能束發(fā)生器可由螺釘固定在Y向進(jìn)給機(jī)構(gòu)左端，同軸視覺安裝在高能束發(fā)生器上，陶瓷精密送粉器由螺釘固定在電機(jī)的后面，可提供陶瓷粉末，同軸視覺、陶瓷精密送粉器和高能束發(fā)生器一起隨著電機(jī)的左右移動(dòng)可伸入閥門內(nèi)部進(jìn)行工作。
3.一種利用權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備進(jìn)行閥門密封功能表面陶瓷熔注仿生強(qiáng)化方法，其特征在于:在閥門密封功能表面，利用高能束陶瓷熔注加工的方法，對(duì)表面進(jìn)行填加化學(xué)元素和仿生強(qiáng)化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:仿生強(qiáng)化是按閥門密封表面仿生強(qiáng)化模型，在閥門密封表面熔注陶瓷顆粒而成仿生結(jié)構(gòu)體，弧形仿生單元體寬度Wl為O. I~.5. Omm，弧形仿生單兀體深度L2為O. I~3. Omm，弧形仿生單兀體曲度Θ為30~180度，圓形仿生單兀體間距W2為O. 2~10.0mm,圓形仿生單兀體深度LI為O. I~3. Omm,圓形仿生單元體直徑d為O. I~10.0mm。
【文檔編號(hào)】B23K26/34GK103710700SQ201310437999
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】劉立君 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院