專利名稱：基于激光快速成形機(jī)的零件表面修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光表面加工應(yīng)用，特別涉及一種基于激光快速成形機(jī)對金屬工 模具和零件表面的損傷部位進(jìn)行修復(fù)。
(二)
背景技術(shù)：
金屬工模具是重要的生產(chǎn)工具，使用中經(jīng)常出現(xiàn)磨損、開裂、崩塊、壓塌等
情況使得工模具失效，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本，對于許多成本昂貴的金 屬零件也存在此類問題。由于工模具和零件服役期間承受的外力大部分集中在表 面且由表及里依次減少，表面處于最大應(yīng)力狀態(tài)，因此工模具和零件的失效大都 首先發(fā)生于表面，或是由表面開始，因此對失效的表面局部部位進(jìn)行修復(fù)是延長 工模具和零件壽命的有效途徑之一。
工程技術(shù)人員一直致力于延長工模具和零件壽命的實踐和研究工作，以充分 發(fā)揮材料的性能潛力。金屬材料表面改性、堆焊修復(fù)技術(shù)、金屬熱噴焊修復(fù)技術(shù) 等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工模具和零件延壽，但普遍存在修復(fù)精度低，應(yīng)用范圍窄等不 足。
在中國專利局公開的名稱為"工模具表面改質(zhì)和修復(fù)方法"(專利號為
CN1651593)專利中，采用熔射方法快速地在工模具或零件表面形成所需材料的
致密涂層，然后用激光對涂層按設(shè)定的掃描軌跡進(jìn)行掃描重熔處理，使該涂層與 基體冶金結(jié)合并得到高度致密的表面處理層。由于激光能量將金屬材料熔化，極 易使材料氧化，該方法實施有相當(dāng)難度，修復(fù)質(zhì)量難以保證，且對于復(fù)雜型面難 以準(zhǔn)確處理。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的工模具和零件修復(fù)技術(shù)中存在的由于使用激光而導(dǎo)致材料 氧化，且對于復(fù)雜型面難以準(zhǔn)確處理的不足，本發(fā)明提出了一種應(yīng)用激光快速成 形機(jī)對工模具和零件表面進(jìn)行高質(zhì)量修復(fù)的技術(shù)。
本發(fā)明根據(jù)金屬工模具和零件的表面局部損傷情況，應(yīng)用三維實體造型CAD
軟件對損傷局部進(jìn)行幾何造型，然后應(yīng)用激光快速成形機(jī)的前處理軟件對造型好
的幾何實體進(jìn)行分層數(shù)據(jù)處理，在激光快速成形機(jī)的真空工作環(huán)境，首先由其送 粉裝置平鋪一層金屬或合金粉，然后由激光束按其設(shè)定的掃描軌跡進(jìn)行掃描熔覆 處理，并重復(fù)逐層送粉和熔覆處理，最終達(dá)到對復(fù)雜形狀的工模具和零件局部進(jìn) 行精確修復(fù)，其具體步驟是
1. 手工打磨徹底去除掉工模具或零件失效部位的裂紋和尖角；
2. 用三座標(biāo)測量儀對需要修復(fù)的打磨部位進(jìn)行測量，并將測量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入三 維實體造型的CAD軟件中進(jìn)行幾何實體建模；
3. 將需修復(fù)部位的實體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光快速成形機(jī)的前處理系統(tǒng)中進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理；
4. 在激光快速成形機(jī)的儲粉倉中加入相應(yīng)成分的金屬或合金粉；
5. 將待修復(fù)的工模具或零件固定在激光快速成形機(jī)的工作倉臺面上，密閉 抽真空或通入保護(hù)性惰性氣體；
6. 調(diào)較激光頭至初始修復(fù)部位，設(shè)定相應(yīng)的加工參數(shù)；
7. 激光快速成形機(jī)的送粉裝置在修復(fù)部位鋪敷金屬粉或合金粉；
8. 激光快速成形機(jī)的激光束對所鋪的金屬粉或合金粉進(jìn)行掃描熔覆處理；
9. 反復(fù)重復(fù)第7步和第8步，直至完成修復(fù)工作。
本發(fā)明應(yīng)用了激光快速成形機(jī)完備的前處理和控制加工系統(tǒng)，在真空工作環(huán) 境下，盡可能避免了材料的氧化，可以對各種貴重金屬、難熔難加工的耐磨、耐 腐蝕、耐熱、形狀復(fù)雜的金屬工模具或零件表面進(jìn)行高效率、高精度的修復(fù)，以 達(dá)到延長其使用壽命的目的，拓展了激光快速成形機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。
(四)


附圖1是基于激光快速成形機(jī)的工模具和零件表面修復(fù)步驟示意圖。
(五)
具體實施例方式
實施例一
本實施例應(yīng)用激光快速成形機(jī)對表面因磨損、開裂、崩塊、壓塌等情況而失 效的5CfNiMo材質(zhì)的工模具和零件進(jìn)行修復(fù)，所用的金屬粉是5CrNiMo合金粉(顆 粒尺寸小于50um)，具體步驟如下
1.對于失效的工模具和零件，首先徹底去除掉失效部位的裂紋和尖角使其表 面基本光順，以免修復(fù)后重新產(chǎn)生裂紋以及裂紋的進(jìn)一步縱深發(fā)展。
2. 應(yīng)用三座標(biāo)測量儀對需要修復(fù)的部位進(jìn)行測量，將測量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維實
體造型的CAD軟件中進(jìn)行處理，并根據(jù)工模具和零件的外形造型出需要修復(fù)部位 的三維實體幾何模型。
3. 將需修復(fù)部位的實體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光快速成形機(jī)的前處理系統(tǒng)中進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理，生成修復(fù)部位幾何形體的分層處理數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)所需要修復(fù)工模具和零件的材質(zhì)準(zhǔn)備5CrNiMo合金粉，并將其加入到 激光快速成形機(jī)的送粉裝置中。
5. 將工模具和零件固定在激光快速成形機(jī)的工作倉臺面上，通入保護(hù)性惰性 氣體，調(diào)較激光頭至初始修復(fù)部位，設(shè)定相應(yīng)的加工參數(shù)為C02激光功率200瓦， 掃描速度75隱/s，掃描間距為0. lmm。
6. 激光快速成形機(jī)的送粉裝置在修復(fù)部位鋪一薄層合金粉，粉層厚度 0. 05mm。
7. 激光快速成形機(jī)按其設(shè)定的掃描軌跡對所鋪的合金粉進(jìn)行掃描熔覆處理。
8. 重復(fù)第6和第7步，直至完成修復(fù)工作。
實施例二
本實施例應(yīng)用激光快速成形機(jī)對表面因磨損、開裂、崩塊、壓塌等情況而失 效的不銹鋼1Crl8Ni9Ti零件進(jìn)行修復(fù)，所用的金屬粉是1Crl8Ni9Ti合金粉(顆 粒尺寸小于50um)，其步驟如下
1. 對于失效的零件，首先徹底去除掉失效部位的裂紋和尖角使其表面基本光 順，以免修復(fù)后重新產(chǎn)生裂紋以及裂紋的進(jìn)一步縱深發(fā)展。
2. 應(yīng)用三座標(biāo)測量儀對需要修復(fù)的部位進(jìn)行測量，將測量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維實 體造型的CAD軟件中進(jìn)行處理，并根據(jù)零件的外形造型出需要修復(fù)部位的三維實 體幾何模型。
3. 將需修復(fù)部位的實體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光快速成形機(jī)的前處理系統(tǒng)中進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理，生成修復(fù)部位幾何形體的分層處理數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)所需要修復(fù)零件的材質(zhì)準(zhǔn)備1Crl8 Ni9Ti合金粉，并將其加入到激光 快速成形機(jī)的送粉裝置中。
5. 將零件固定在激光快速成形機(jī)的工作倉臺面上，密閉抽真空，調(diào)較激光頭
至初始修復(fù)部位，設(shè)定相應(yīng)的加工參數(shù)為C02激光功率200瓦，掃描速度50mm/s， 掃描間距為0. 3 mm。
6. 激光快速成形機(jī)的送粉裝置在修復(fù)部位鋪一薄層合金粉，粉層厚度 0. 05mm。
7. 激光快速成形機(jī)按其設(shè)定的掃描軌跡對所鋪的合金粉進(jìn)行掃描熔覆處理。
8. 反復(fù)重復(fù)第6和第7步，直至完成修復(fù)工作。
實施例三
本實施例應(yīng)用激光快速成形機(jī)對表面因磨損、開裂、崩塊、壓塌等情況而失 效的TC4鈦合金材質(zhì)的零件進(jìn)行修復(fù)，所用的金屬粉是TC4合金粉(顆粒尺寸小 于50ixm)，具體步驟如下
1. 對于失效的零件，首先徹底去除掉失效部位的裂紋和尖角使其表面基本光 順，以免修復(fù)后重新產(chǎn)生裂紋以及裂紋的進(jìn)一步縱深發(fā)展。
2. 應(yīng)用三座標(biāo)測量儀對需要修復(fù)的部位進(jìn)行測量，將測量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維實 體造型的CAD軟件中進(jìn)行處理，并根據(jù)零件的外形造型出需要修復(fù)部位的三維實 體幾何模型。
3. 將需修復(fù)部位的實體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光快速成形機(jī)的前處理系統(tǒng)中進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理，生成修復(fù)部位幾何形體的分層處理數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)所需要修復(fù)零件的材質(zhì)準(zhǔn)備TC4合金粉，并將其加入到激光快速成形 機(jī)的送粉裝置中。
5. 將零件固定在激光快速成形機(jī)的工作倉臺面上，密閉抽真空，調(diào)較激光頭 至初始修復(fù)部位，設(shè)定相應(yīng)的加工參數(shù)為C(V激光功率200瓦，掃描速度50mm/s， 掃描間距為0. 2mm。
6. 激光快速成形機(jī)的送粉裝置在修復(fù)部位鋪一薄層合金粉，粉層厚度0. lmm。
7. 激光快速成形機(jī)按其設(shè)定的掃描軌跡對所鋪的合金粉進(jìn)行掃描熔覆處理。
8. 重復(fù)第6和第7步，直至完成修復(fù)工作。
實施例四
本實施例應(yīng)用激光快速成形機(jī)對表面因磨損、開裂、崩塊、壓塌等情況而失
效的W18Cr4V高速鋼材質(zhì)的工模具進(jìn)行修復(fù)，所用的金屬粉是W18Cr4V合金粉(顆 粒尺寸小于50ym)，具體步驟如下
1. 對于失效的工模具，首先徹底去除掉失效部位的裂紋和尖角使其表面基本 光順，以免修復(fù)后重新產(chǎn)生裂紋以及裂紋的進(jìn)一步縱深發(fā)展。
2. 應(yīng)用三座標(biāo)測量儀對需要修復(fù)的部位進(jìn)行測量，將測量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維實 體造型的CAD軟件中進(jìn)行處理，并根據(jù)工模具的外形造型出需要修復(fù)部位的三維 實體幾何模型。
3. 將需修復(fù)部位的實體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光快速成形機(jī)的前處理系統(tǒng)中進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理，生成修復(fù)部位幾何形體的分層處理數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)所需要修復(fù)工模具的材質(zhì)準(zhǔn)備W18Cr4V合金粉，并將其加入到激光快 速成形機(jī)的送粉裝置中。
5. 將工模具固定在激光快速成形機(jī)的工作倉臺面上，密閉抽真空，調(diào)較激光 頭至初始修復(fù)部位，設(shè)定相應(yīng)的加工參數(shù)為C02激光功率200瓦,掃描速度50mm/s， 掃描間距為0.2mm。
6. 激光快速成形機(jī)的送粉裝置在修復(fù)部位鋪一薄層合金粉，粉層厚度 0.05mm。
7. 激光快速成形機(jī)按其設(shè)定的掃描軌跡對所鋪的合金粉進(jìn)行掃描熔覆處理。
8. 重復(fù)第6和第7步，直至完成修復(fù)工作。
實施例五
本實施例應(yīng)用激光快速成形機(jī)對表面因磨損、開裂、崩塊、壓塌等情況而失 效的Ni材質(zhì)的零件進(jìn)行修復(fù)，所用的金屬粉是Ni金屬粉(顆粒尺寸小于50u m)， 具體步驟如下-
1. 對于失效的零件，首先徹底去除掉失效部位的裂紋和尖角使其表面基本光 順，以免修復(fù)后重新產(chǎn)生裂紋以及裂紋的進(jìn)一步縱深發(fā)展。
2. 應(yīng)用三座標(biāo)測量儀對需要修復(fù)的部位進(jìn)行測量，將測量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維實 體造型的CAD軟件中進(jìn)行處理，并根據(jù)零件的外形造型出需要修復(fù)部位的三維實 體幾何模型。
3. 將需修復(fù)部位的實體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光快速成形機(jī)的前處理系統(tǒng)中進(jìn)行
數(shù)據(jù)處理，生成修復(fù)部位幾何形體的分層處理數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)所需要修復(fù)零件的材質(zhì)準(zhǔn)備Ni金屬粉，并將其加入到激光快速成形 機(jī)的送粉裝置中。
5. 將零件固定在激光快速成形機(jī)的工作倉臺面上，通入保護(hù)性惰性氣體，調(diào) 較激光頭至初始修復(fù)部位，設(shè)定相應(yīng)的加工參數(shù)為C(V激光功率200瓦，掃描速 度50mm/s，掃描間距為0. 2咖。
6. 激光快速成形機(jī)的送粉裝置在修復(fù)部位鋪一薄層金屬粉，粉層厚度 0. 05mm。
7. 激光快速成形機(jī)按其設(shè)定的掃描軌跡對所鋪的金屬粉進(jìn)行掃描熔覆處理。
8. 重復(fù)第6和第7步，直至完成修復(fù)工作。
由于激光快速成形過程中激光束與材料相互作用時的快速熔化和凝固過程， 使修復(fù)部位與基體材料達(dá)到冶金結(jié)合，修復(fù)部位的材料組織細(xì)小、均勻、致密， 提高了材料的力學(xué)和耐腐蝕性能。
權(quán)利要求
1.一種基于激光快速成形機(jī)的零件表面修復(fù)方法，其特征在于應(yīng)用激光快速成形機(jī)完備的前處理和控制加工系統(tǒng)，在真空或保護(hù)性惰性氣體氣氛下對工模具和零件損傷局部進(jìn)行修復(fù)，具體步驟是第一步 打磨去除零件失效部位的裂紋和尖角；第二步 對需要修復(fù)部位進(jìn)行測量，并將測量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD軟件中進(jìn)行幾何實體建模；第三步 將實體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光快速成形機(jī)的前處理系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；第四步在激光快速成形機(jī)的儲粉倉中加入相應(yīng)成分的金屬或合金粉；第五步將待修復(fù)的零件固定在激光快速成形機(jī)的工作倉臺面上，密閉抽真空或通入保護(hù)性惰性氣體；第六步 調(diào)較激光頭至初始修復(fù)部位，設(shè)定相應(yīng)的加工參數(shù)為CO2激光功率200瓦，掃描速度75-50mm/s，掃描間距為0.1mm-0.3mm；第七步 利用激光快速成形機(jī)的送粉裝置在修復(fù)部位鋪一薄層金屬粉，粉層厚度0.05mm-0.1mm；第八步 激光快速成形機(jī)的激光束對所鋪的金屬粉按相應(yīng)的加工參數(shù)進(jìn)行掃描熔覆處理，并重復(fù)第七步，直至完成修復(fù)工作。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于激光快速成形機(jī)的零件表面修復(fù)方法。本發(fā)明根據(jù)零件表面局部損傷情況，應(yīng)用三維實體造型CAD軟件對損傷局部進(jìn)行幾何造型，應(yīng)用激光快速成形機(jī)的前處理軟件對造型好的幾何實體進(jìn)行分層數(shù)據(jù)處理，在真空或惰性氣體氣氛下，首先由送粉裝置平鋪一層金屬或合金粉，然后由激光束進(jìn)行掃描熔覆處理，并重復(fù)逐層送粉和熔覆處理，最終達(dá)到對復(fù)雜形狀的工模具和零件局部進(jìn)行精確修復(fù)。本發(fā)明應(yīng)用了激光快速成形機(jī)完備的前處理和控制加工系統(tǒng)，在真空或惰性氣體氣氛下工作，有效避免了材料的氧化，可用于各種貴重金屬、難熔難加工的耐磨、耐腐蝕、耐熱、形狀復(fù)雜的金屬工模具或零件的表面修復(fù)，拓展了激光快速成形機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，具有效率高、精度高的特點。
文檔編號G05B19/4097GK101108447SQ20061004318
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者李付國, 李慶華 申請人:西北工業(yè)大學(xué)