[发明专利]一种火车轮等离子3D打印再制造设备及方法

说明书

技术领域

本发明属于快速成型技术领域，尤其是涉及一种火车轮等离子3D打印再制造设备及方法。

背景技术

火车轮轮缘在火车运行中，特别是拐弯时容易发生磨损；当火车轮轮缘磨损到一定程度后不能保证火车的稳定运行，使火车轮对整体报废，更换新的火车轮对。为了降低成本，提高资源利用率，目前有采用堆焊方法对尺寸超差的火车轮轮缘进行再制造。

采用堆焊方法制造火车轮轮缘时，主要存在以下三方面问题：

第一、堆焊需要对火车轮进行预热和后续热处理，这就需要将火车轮从火车轮对上拆卸下来，由于车轮和轴的装备是通过将车轮加热产生膨胀，然后套入轴，冷却后收缩牢固地结合在一起，因此，车轮和轴的拆卸过程复杂且必须采用专用工具，拆卸成本高，同时，拆卸和再次装配不可避免会对火车轮对的可靠性产生影响；

第二、堆焊需要对火车轮进行预热和后续热处理，需要将轴承从轴上拆卸下来，轴承的拆卸过程复杂且必须采用专用工具，拆卸成本高；

第三、堆焊需要对火车轮进行预热和后续热处理，拆卸车轮和轴承，制造过程复杂、所需时间长，堆焊轮缘效率低。

另外，与铁轨滚动摩擦过程中，火车轮轮面也会发生磨损，同时铁轨上的异物也会加速轮面磨损，如产生凹坑等。运行一段时间后，需要将轮面车削至光滑状态，数次车削后，轮面过薄导致火车轮对彻底报废，造成资源大量浪费。为增大火车轮的使用年限，一般在火车轮的轮毂上布设一层耐磨层，该耐磨层为轮面面层，火车轮的轮面为该轮面面层的外表面。经数次车削后，火车轮的轮面面层过薄将导致火车轮对彻底报废。

目前，国内外金属零件快速成型技术主要是选区激光熔化快速成型技术(Selectivelasermelting，SLM)。选区激光熔化快速成型设备的基本工作原理是：先在计算机上利用Pro/e、UG、CATIA等三维造型软件设计出零件的三维实体模型(即三维立体模型)，然后通过切片软件对该三维模型进行分层切片，得到各截面的轮廓数据，由轮廓数据生成填充扫描路径，在工作缸内平铺一定厚度的粉末，依照计算机的控制，激光束通过振镜扫描的方式按照三维零部件图形的切片处理结果选择性地熔化预置粉末层；随后，工作缸下降一定距离并再次铺粉，激光束在振镜的带动下再次按照零部件的三维图形完成零部件下一层的制造；如此重复铺粉、扫描和工作缸下降等工序，从而实现三维零部件的制造。现如今，选区激光熔化快速成型技术主要存在以下三方面问题：第一、选区激光熔化快速成型技术需要保护气氛或真空环境，以避免成型过程中金属零件的氧化。这使选区激光熔化快速成型设备结构复杂，成型零件尺寸受到限制，能量源激光器系统价格高，成型设备价格昂贵；第二、选区激光熔化快速成型技术需要铺粉的成型缸系统。这使选区激光熔化快速成型设备结构复杂，不但成型零件尺寸受到限制，而且成型效率较低；第三、为了保障零件力学性能，选区激光熔化快速成型技术需要流动性好的球形金属粉末。这使选区激光熔化快速成型设备运行成本很高。

另外，金属零件快速成型技术中还有电子束快速成型技术。但目前，选区电子束快速成型技术主要存在以下三方面问题：第一、电子束快速成型技术需要真空环境，以形成能量源电子束和避免成型过程中金属零件的氧化。这使电子束快速成型设备结构复杂，成型零件尺寸受到限制，成型设备价格昂贵；第二、电子束快速成型技术需要铺粉系统或成型材料供给系统。这使电子束快速成型设备结构复杂，不但成型零件尺寸受到限制，而且成型效率较低；第三、为了保障零件力学性能，电子束快速成型技术需要流动性好的球形金属粉末。这使选区激光熔化快速成型设备运行成本很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种火车轮等离子3D打印再制造设备，其结构简单、设计合理且使用操作简便、效率高、使用效果好，无需密闭成型室，修复过程直接在大气环境下进行，修复后火车轮质量好，修复效率高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种火车轮等离子3D打印再制造设备，其特征在于：由监控系统、等离子束流加工系统、对待修复火车轮进行机加工的机加工装置、带动机加工装置进行移动的三轴移动机构和供待修复火车轮放置的水平打印台组成；所述水平打印台包括水平支撑机构和固定安装在水平支撑机构上且带动所述待修复火车轮绕其轮轴的中心轴线进行旋转的水平旋转机构，所述水平旋转机构位于水平支撑机构上方，所述轮轴呈水平布设且其安装于水平旋转机构上；所述机加工装置安装在三轴移动机构上且其位于水平旋转机构上方；