[发明专利]盘类件高速激光熔覆制备功能涂层变形量控制方法与系统

说明书

本发明提供一种盘类件高速激光熔覆制备功能涂层变形量控制方法与系统，包括机床转台、机床顶尖、转轴、激光测距仪、第一激光熔覆头、第二激光熔覆头以及用于控制激光测距仪、第一激光熔覆头、第二激光熔覆头以及机床转台旋转的控制系统。本发明采用高速激光熔覆工艺方式制备盘类件表面功能涂层，盘类件中心孔与轴装配紧固并与轴高速旋转，双光束协同作用于盘类件两侧，加工过程配备激光熔池温度反馈闭环控制系统，通过实时监测熔池温度调节激光器功率输出，精准控制盘类件激光作用点处的热输入量，进而控制盘类件的变形。两侧工艺参数输入相同，保证两侧送粉量、涂层厚度、热输入量完全一致，实现盘类件变形量可控。

技术领域

本发明涉及激光熔覆增材制造技术领域，具体而言涉及一种盘类件高速激光熔覆制备功能涂层变形量控制方法。

背景技术

盘类零件是机械加工中常见的典型零件之一，它的应用范围很广，盘类零件多为薄壁件，尺寸大小各异，使用环境多种多样。例如，刹车盘的外形是一个圆形的盘子，车子行进时它也是转动的，刹车片夹住刹车盘而产生制动力。刹车盘是汽车刹车制动的对偶件，要求其具有较高的强度和刚度、耐磨性、耐热性、良好的散热性、适当的热容量等。刹车盘处于强摩擦、高热负荷及较大制动力等极端工况下，导致刹车盘表面存在三种形式的失效形式:一是由于紧急制动造成刹车盘表面瞬间高温产生的高温氧化；二是由于重载制动造成刹车盘表面的磨损损坏；三是由于高频、重载的周期性制动产生的热应力造成的热疲劳裂纹。对刹车盘的质量，尤其是表面质量提出很高的要求。目前通常采用等离子喷涂技术和堆焊技术强化和修复刹车盘表面，但都存在着较大的局限性。

对于盘类件单侧或双侧制备功能涂层而言，电弧、等离子堆焊和喷涂等加工方式带来的热变形是比较突出的问题，往往变形量不可控导致部件报废。通过工装夹具约束热加工过程中的盘类件约束效果不理想，甚至出现加工过程工装夹具干涉加工枪头的问题，实施难度较大且单个部件的拆装及加工耗时较长。因此，探索盘类件制备单侧或双侧功能涂层变形量可控的简易高效的方式方法具有重要意义，可以解决盘类件热加工制备表面功能涂层热变形的共性问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种盘类件高速激光熔覆制备功能涂层变形量控制系统，旨在解决盘类件传统热加工过程变形问题，特别是针对薄壁盘类件双侧熔覆变形量能够实现有效控制，显著改善盘类件热加工过程的变形，提高产品合格率。

作为本发明第一方面的盘类件高速激光熔覆制备功能涂层变形量控制系统包括：

位于机床一侧的机床转台；

与机床转台相对设置的机床顶尖，顶尖的中心轴线与所述机床转台的旋转轴线共线；

设置在机床转台与机床顶尖之间的转轴，所述转轴被驱动围绕机床转台的旋转轴线做回转运动；盘类件安装在转轴的中心位置，与转轴同步旋转；盘类件的盘面与旋转轴线垂直；

第一激光熔覆头与第二激光熔覆头，分别设置在盘类件的两侧，并且关于盘类件形成轴对称，第一激光熔覆头、第二激光熔覆头与盘类件的两侧盘面分别形成夹角θ；

送粉嘴，采用环形送粉，向盘类件的两侧盘面送粉；

第一激光测距仪和第二激光测距仪，分别对称地对应地设置在盘类件对应的两侧，并且均朝向盘类件，分别测量与盘类件对应盘面的距离，其中第一激光测距仪测量的距离值记为D1，第二激光测距仪测量的距离值记为D2；

控制系统，用于控制机床转台的旋转、第一激光熔覆头与第二激光熔覆头对盘类件两盘面的激光熔覆成型以及根据第一激光测距仪和第二激光测距仪所测量的距离进行功能涂层变形量的监控，其中，响应于下述条件之一满足时，进行预警：

1)D1与D2的差值超过设定的第一阈值；

2)D1的变化率或者D2的变化率超出设定的第二阈值。