[发明专利]一种动车铁轨表面激光熔注仿生强化方法与设备

权利要求书

1.一种动车铁轨表面激光熔注仿生强化设备，由控制单元、仿生结构体视觉监控系统、陶瓷精密送粉器、激光发生器和五自由度数控工作台组成，控制单元分别与仿生结构体视觉监控系统、陶瓷精密送粉器、激光发生器和五自由度数控机械工作台的通讯接口系统相连。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述控制单元包括一台工业控制计算机，该计算机具有多尺度激光熔注强化层工艺模块、动车铁轨表面仿生结构体设计模块和动车铁轨表面仿生强化数控加工模块；

所述多尺度激光熔注强化层工艺模块包括加工工艺参数数据库和仿生结构体视觉监控模块，所述数据库中每一条数据记录包括动车铁轨的材料、原始显微组织，激光功率、扫描速度、离焦量，陶瓷材料、颗粒尺寸、体积分数、弥散形态、熔注速度，熔注后铁轨化学成分、组织结构、耐磨性；所述仿生结构体视觉监控模块主要接受视觉硬件系统图像信号，处理激光熔注熔化状态和仿生结构体成形状态，从而控制激光熔注工艺参数和五轴数控工作台联动状态；

所述动车铁轨表面仿生结构体设计模块是选择具有耐磨功能的生物为生物原型，运用相似理论，对生物体几何尺寸、外形、系统结构和功能特征进行模拟和参数优化，建立相应生物模型，针对动车铁轨表面强化区域不同特征，通过计算机数值模拟和特征参数优化，从减小动车铁轨表面强化应力应变角度，设计仿生结构体；

所述动车铁轨表面仿生强化数控加工模块能够根据设计好的动车铁轨表面仿生结构体自动形成数控加工程序，驱动五自由度数控机械工作台；也能够在其它计算机设计好动车铁轨表面仿生结构体，生成数控加工程序，然后导入该示教系统中。

3.根据权利要求1或2所述的设备，同轴视觉传感采集系统与激光器通过紧固件连接，通过CCD视觉传感激光熔注熔化状态和仿生结构体成形特征，传给控制单元中仿生结构体视觉监控单元；所述陶瓷精密送粉器采用后侧熔注陶瓷颗粒，送陶瓷粉速度1～200 mg/s，颗粒尺寸为10nm～1.0mm，在仿生单元体中陶瓷的体积分数为10%～50%，熔注层厚度0.01～2.0mm。

4.根据权利要求3所述的设备，所述陶瓷颗粒包括TiC、WC和SiC。

5.根据权利要求1或2所述的设备，所述五自由度数控机械工作台的可升降平台置于底座上面，由电机带动上下运动；导轨传送机构由压板固定在升降平台上面，要加工的导轨可由传送带左右移动；当需要上料时，升降平台下降，待加工的导轨放于传送带上面，启动电机，把导轨运送至加工平台上，具体位置由定位块确定；当到达定位块位置时，触动开关，开动启动夹具，自动加紧导轨；Z向进给机构调整激光发生器的位置，使激光正好打在导轨上面，由控制单元控制激光发生器和陶瓷精密送粉器，对导轨表面进行加工；当加工完成后，首先使Y向进给机构沿Z轴上升，接着电机按钮使气动夹具松开，即气动夹具的压板沿两者间的轴转动，实现压板的上升，由于一段固定，所以压住导轨的一段正好上升，使导轨处于松开状态；再开动电机带动升降平台上升至使导轨脱离加工平台表面位置，接着开动电机使传送带运动，把导轨送回下料处，再使升降平台下降；然后放下导轨，再上一新待加工导轨，接着进行加工处理。

6.一种利用权利要求1-5任一所述的设备进行动车铁轨表面局部激光熔注仿生强化方法，其特征在于：在动车铁轨表面，利用激光陶瓷熔注加工的方法，对表面进行填加化学元素和仿生强化。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在动车铁轨表面激光熔注陶瓷颗粒而成仿生结构体，仿生耐磨条宽度W3为0.1~10mm，相邻仿生耐磨条间距W4为0.1~40mm，仿生耐磨条厚度h2为0.1~8mm，仿生耐磨点直径d为0.1~10mm，同列仿生耐磨点间距W1为0.05~50mm，相邻行仿生耐磨点错位间距W2为0.05~50mm，仿生耐磨点厚度h1为0.1~8mm。