大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置

摘要

本发明提供一种大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置，包括立壁、保温罩、十字滑台组件和激光熔覆组件，立壁平置于地面，十字滑台组件和立壁固定连接，激光熔覆组件和十字滑台组件固定连接；立壁的外形为T字形结构，保温罩包括保温罩底座、保温右罩和保温左罩，保温右罩和保温左罩通过销轴与保温罩底座上部连接，十字滑台组件包括横向滑台结构、纵向滑台结构、六角头螺母和六角头螺栓；横向滑台和纵向滑台的截面为U字形结构，横向滑台和横向滑台导轨滑动连接，纵向滑台导轨和横向滑台固定连接，纵向滑台和纵向滑台导轨滑动连接。本发明利用激光焊接，解决了被加工件在壁厚成型和增材制造过程中保温的问题，提高了产品的合格率。

权利要求

1.一种大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置，其包括立壁、保温罩、十字滑台组件和激光熔覆组件，所述立壁平置于地面，所述十字滑台组件通过螺栓和所述立壁固定连接，所述激光熔覆组件通过螺栓和所述十字滑台组件的纵向滑台的上部固定连接，其特征在于，具备：所述立壁的外形为T字形结构，所述保温罩，其包括保温罩底座、保温右罩和保温左罩，所述保温右罩和所述保温左罩通过销轴与所述保温罩底座上部连接，所述十字滑台组件，其包括横向滑台结构、纵向滑台结构、六角头螺母和六角头螺栓；

所述纵向滑台结构，其包括第一滚珠丝杠轴承座、纵向滑台、纵向滑台导轨、第一步进电机、第一滚珠丝杠、第一防撞垫、第一联轴器、纵向第一滚珠丝杠螺母、纵向第二滚珠丝杠螺母、第一步进电机座和第一轴承端盖；在所述纵向滑台结构中，所述第一滚珠丝杠的输入端分别穿过所述纵向第二滚珠丝杠螺母的内径和所述第一防撞垫的内径，通过所述第一联轴器和所述第一步进电机的输出轴连接，所述第一滚珠丝杠的自由端分别通过所述第一滚珠丝杠轴承座和所述第一轴承端盖与所述纵向滑台导轨固定连接，所述纵向第一滚珠丝杠螺母和所述第一步进电机座的第一端固定连接，所述纵向第二滚珠丝杠螺母的外径和所述纵向滑台内表面固定连接；

所述横向滑台结构，其包括第二滚珠丝杠轴承座、横向滑台、横向滑台导轨、第二滚珠丝杠、第二步进电机、第二联轴器、第二防撞垫、横向第一滚珠丝杠螺母、横向第二滚珠丝杠螺母、第二步进电机座和第二轴承端盖；在所述横向滑台结构中，所述第二滚珠丝杠的输入端分别穿过所述横向第二滚珠丝杠螺母的内径和所述第二防撞垫的内径，通过所述第二联轴器和所述第二步进电机的输出轴连接，所述第二滚珠丝杠的自由端分别通过所述第二滚珠丝杠轴承座和所述第二轴承端盖与所述横向滑台导轨固定连接，所述横向第一滚珠丝杠螺母和所述第二步进电机座的第一端固定连接，所述横向第二滚珠丝杠螺母的外径和所述横向滑台内表面固定连接；

所述横向滑台和所述纵向滑台截面为U字形结构，所述横向滑台的下部和所述横向滑台导轨的上部滑动连接，所述纵向滑台导轨的下部和所述横向滑台的上部固定连接，所述纵向滑台的下部和所述纵向滑台导轨的上部滑动连接，所述第一步进电机座和所述第二步进电机座分别与所述纵向滑台导轨的一端和所述横向滑台导轨的一端固定连接，所述第一步进 电机和所述第二步进 电机分别与所述第一步进电机座的第一端和所述第二步进电机座的第一端固定连接，所述第一防撞垫的一端和所述第二防撞垫的一端分别与所述第一步进电机座的第二端和所述第二步进电机座的第二端固定连接，所述第一滚珠丝杠和所述第二滚珠丝杠分别与所述纵向第一滚珠丝杠螺母、所述纵向第二滚珠丝杠螺母、所述横向第一滚珠丝杠螺母和所述横向第二滚珠丝杠螺母螺纹连接；以及所述激光熔覆组件，其包括焊接架、储料桶、圆锥销、激光头和焊头，所述焊接架的外形为斜T字形结构，所述储料桶和所述焊接架固定连接，所述储料桶的顶面和所述焊接架悬臂端的下表面平齐，所述激光头通过所述圆锥销和所述焊接架悬臂端的下表面连接，所述焊头和所述焊接架悬臂端的下表面固定连接。

2.根据权利要求1所述的大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置，其特征在于，所述储料桶和所述焊接架悬臂端的顶面的距离大于所述激光头和所述焊接架悬臂端的顶面的距离，所述激光头和所述焊接架悬臂端的顶面的距离大于所述焊头和所述焊接架悬臂端的顶面的距离，所述纵向滑台导轨的宽度和所述横向滑台的宽度相等。

3.根据权利要求1所述的大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置，其特征在于，所述纵向滑台导轨和所述横向滑台导轨互相垂直，所述第一滚珠丝杠的轴线和所述第二滚珠丝杠的轴线垂直。

4.根据权利要求1所述的大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置，其特征在于，所述十字滑台组件中的固定连接均用六角头螺栓和六角头螺母连接，所述纵向滑台结构中的六角头螺栓和六角头螺母的数量与所述横向滑台结构中的六角头螺栓和六角头螺母的数量相等。

说明书

大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置

技术领域

[0001] 本发明涉及核电用大型接管类异型钢管近净成型和增材制造领域，特别涉及一种大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置。

背景技术

[0002] 核电用大型异型接管主要用于核电发生器，材料特殊、内孔和外形不规则且形状复杂，且由于工作状态下需要承受高温高压蒸气，对微观组织及内部缺陷要求相当严格，目前主要依赖锻造工艺来生产。锻造工艺生产流程长、工艺复杂，需要配套大型锻造设备及探伤装置，因此大型接管生产成本居高不下。在工业生产中经常用到形状不规则的大型钢管，由于其形状的特殊以及较大的体积，相较于生活中常见的规则形状钢管可以采用铸造、轧制等长流程方法制造，形状规则且壁厚较小时可采用焊接方法生产。随着科技的发展，出现了增材制造这种较为先进的近净成型制造方法，可以大大缩短制造流程，减少中间环节，同时可以有效控制内部组织和缺陷，可显著降低产品生产成本，但要用于大型不规则钢管的制造，需设计相应的制造装备。

[0003] 在实际生产制造中，被加工件的尺寸往往很大，需要分成若干步骤去加工，造成成产过程费时费力。针对这个问题，需要对增材制造的成型结构进行改进和优化。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置，首次提出利用激光熔覆，解决了被加工件在壁厚成型和增材制造过程中如何保温的问题，降低了加工成本和提高了产品的合格率。

[0005] 本发明提供了一种大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置，其包括立壁、保温罩、十字滑台组件和激光熔覆组件，所述立壁平置于地面，所述十字滑台组件通过螺栓和所述立壁固定连接，所述激光熔覆组件通过螺栓和所述十字滑台组件的纵向滑台的上部固定连接。所述立壁的外形为T字形结构，所述保温罩，其包括保温罩底座、保温右罩和保温左罩，所述保温右罩和所述保温左罩通过销轴与所述保温罩底座上部连接，所述十字滑台组件，其包括横向滑台结构、纵向滑台结构、六角头螺母和六角头螺栓。所述纵向滑台结构，其包括第一滚珠丝杠轴承座、纵向滑台、纵向滑台导轨、第一步进电机、第一滚珠丝杠、第一防撞垫、第一联轴器、纵向第一滚珠丝杠螺母、纵向第二滚珠丝杠螺母、第一步进电机座和第一轴承端盖；所述横向滑台结构，其包括第二滚珠丝杠轴承座、横向滑台、横向滑台导轨、第二滚珠丝杠、第二步进电机、第二联轴器、第二防撞垫、横向第一滚珠丝杠螺母、横向第二滚珠丝杠螺母、第二步进电机座和第二轴承端盖。所述横向滑台和所述纵向滑台截面为U字形结构，所述横向滑台的下部和所述横向滑台导轨的上部滑动连接，所述纵向滑台导轨的下部和所述横向滑台的上部固定连接，所述纵向滑台的下部和所述纵向滑台导轨的上部滑动连接，所述第一步进电机座和所述第二步进电机座分别与所述纵向滑台导轨的一端和所述横向滑台导轨的一端固定连接，所述第一步机电机和所述第二步机电机分别与所述第一步进电机座的第一端和所述第二步进电机座的第一端固定连接，所述第一防撞垫的一端和所述第二防撞垫的一端分别与所述第一步进电机座的第二端和所述第二步进电机座的第二端固定连接，所述第一滚珠丝杠和所述第二滚珠丝杠分别与所述纵向第一滚珠丝杠螺母、所述纵向第二滚珠丝杠螺母、所述横向第一滚珠丝杠螺母和所述横向第二滚珠丝杠螺母螺纹连接。所述激光熔覆组件，其包括焊接架、储料桶、圆锥销、激光头和焊头，所述焊接架的外形为斜T字形结构，所述储料桶和所述焊接架固定连接，所述储料桶的顶面和所述焊接架悬臂端的下表面平齐，所述激光头通过所述圆锥销和所述焊接架悬臂端的下表面连接，所述焊头和所述焊接架悬臂端的下表面固定连接。

[0006] 可优选的是，在所述纵向滑台结构中，所述第一滚珠丝杠的输入端分别穿过所述纵向第二滚珠丝杠螺母的内径和所述第一防撞垫的内径，通过所述第一联轴器和所述第一步进电机的输出轴连接，所述第一滚珠丝杠的自由端分别通过所述第一滚珠丝杠轴承座和所述第一轴承端盖与所述纵向滑台导轨固定连接，所述纵向第一滚珠丝杠螺母和所述第一步进电机座的第一端固定连接，所述纵向第二滚珠丝杠螺母的外径和所述纵向滑台内表面固定连接。

[0007] 可优选的是，在所述横向滑台结构中，所述第二滚珠丝杠的输入端分别穿过所述横向第二滚珠丝杠螺母的内径和所述第二防撞垫的内径，通过所述第二联轴器和所述第二步进电机的输出轴连接，所述第二滚珠丝杠的自由端分别通过所述第二滚珠丝杠轴承座和所述第二轴承端盖与所述横向滑台导轨固定连接，所述横向第一滚珠丝杠螺母和所述第二步进电机座的第一端固定连接，所述横向第二滚珠丝杠螺母的外径和所述横向滑台内表面固定连接。

[0008] 可优选的是，所述储料桶和所述焊接架悬臂端的顶面的距离大于所述激光头和所述焊接架悬臂端的顶面的距离，所述激光头和所述焊接架悬臂端的顶面的距离大于所述焊头和所述焊接架悬臂端的顶面的距离，所述纵向滑台导轨的宽度和所述横向滑台的宽度相等。

[0009] 可优选的是，所述纵向滑台导轨和所述横向滑台导轨互相垂直，所述第一滚珠丝杠的轴线和所述第二滚珠丝杠的轴线垂直。

[0010] 可优选的是，所述十字滑台组件中的固定连接均用六角头螺栓和六角头螺母连接，所述纵向滑台结构中的六角头螺栓和六角头螺母的数量与所述横向滑台结构中的六角头螺栓和六角头螺母的数量相等。

[0011] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：

[0012] 1.解决因被加工件的整体尺寸较大而无法一次完成加工的问题，该装置实现了工作区域全覆盖，针对不同的被加工件，可根据其尺寸调整激光熔覆装置的工作区域；

[0013] 2.结构简单，所用零部件均是常用的机械零件，便于拆装和维修。

附图说明

[0014] 图1为本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置整体的示意图；

[0015] 图2为本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置十字滑台组件整体示意图；

[0016] 图3为本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置横向滑台结构电机端局部示意图；

[0017] 图4为本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置横向滑台结构自由端局部示意图；

[0018] 图5为本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置横向滑台结构整体示意图；

[0019] 图6为本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置纵向滑台结构电机端局部示意图；

[0020] 图7为本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置纵向滑台结构自由端局部示意图；

[0021] 图8为本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置纵向滑台结构整体示意图；

[0022] 图9为本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置激光熔覆组件整体示意图；以及

[0023] 图10为本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置保护罩整体示意图。

[0024] 主要附图标记：

[0025] 立壁1，十字滑台组件2，第一滚珠丝杠轴承座201，第二滚珠丝杠轴承座202，横向滑台203，横向滑台导轨204，纵向滑台205，纵向滑台导轨206，第一步进电机207,第一滚珠丝杠208，第二步进电机209，第二滚珠丝杠210，第一联轴器211，第二联轴器212，第一防撞垫213，第二防撞垫214，横向第一滚珠丝杠螺母215，横向第二滚珠丝杠螺母216，纵向第一滚珠丝杠螺母217，纵向第二滚珠丝杠螺母218，第一步进电机座219，第二步进电机座220，第一轴承端盖221，第二轴承端盖222，六角头螺栓223，六角头螺母224，激光熔覆组件3，焊接架301，储料桶302，圆锥销303,激光头304，焊头305，保温罩组件4，保温罩底座401、保温右罩402，保温左罩403。

具体实施方式

[0026] 为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

[0027] 本发明大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置，如图1所示，其包括立壁1、保温罩4、十字滑台组件2和激光熔覆组件3。立壁1平置于地面，十字滑台组件2通过螺栓和立壁1固定连接，激光熔覆组件3通过螺栓和十字滑台组件2的纵向滑台205的上部固定连接。

[0028] 如图1所示，立壁1的外形为T字形结构；如图10所示，保温罩4，其包括保温罩底座401、保温右罩402和保温左罩403，保温右罩402和保温左罩403通过销轴与保温罩底座401的上部连接。

[0029] 如图2所示，十字滑台组件2，其包括横向滑台结构、纵向滑台结构、六角头螺母224和六角头螺栓223。纵向滑台结构，如图3、图4和图5所示，其包括第一滚珠丝杠轴承座201、纵向滑台205、纵向滑台导轨206、第一步进电机207、第一滚珠丝杠208、第一防撞垫213、第一联轴器211、纵向第一滚珠丝杠螺母217、纵向第二滚珠丝杠螺母218、第一步进电机座219和第一轴承端盖221。

[0030] 横向滑台结构，如图6、图7和图8所示，其包括第二滚珠丝杠轴承座202、横向滑台203、横向滑台导轨204、第二滚珠丝杠210、第二步进电机209、第二联轴器212、第二防撞垫
214、横向第一滚珠丝杠螺母215、横向第二滚珠丝杠螺母216、第二步进电机座220和第二轴承端盖222。

[0031] 如图2所示，横向滑台203和纵向滑台205的截面为U字形结构，横向滑台203的下部和横向滑台导轨204的上部滑动连接，纵向滑台导轨206的下部和横向滑台203的上部固定连接，纵向滑台205的下部和纵向滑台导轨206的上部滑动连接。

[0032] 如图3和图6所示，第一步进电机座219和第二步进电机座220分别与纵向滑台导轨206的一端和横向滑台导轨204的一端固定连接，第一步机电机207和第二步机电机209分别与第一步进电机座219的第一端和第二步进电机座220的第一端固定连接，第一防撞垫213的一端和第二防撞垫214的一端分别与第一步进电机座219的第二端和第二步进电机座220的第二端固定连接，第一滚珠丝杠208和第二滚珠丝杠210分别与纵向第一滚珠丝杠螺母
217、纵向第二滚珠丝杠螺母218、横向第一滚珠丝杠螺母215和横向第二滚珠丝杠螺母216螺纹连接。

[0033] 激光熔覆组件3，如图9所示，其包括焊接架301、储料桶302、圆锥销303、激光头304和焊头305，焊接架301的外形为斜T字形结构，储料桶302和焊接架301固定连接，储料桶302的顶面和焊接架301悬臂端的下表面平齐，激光头304通过圆锥销303和焊接架301悬臂端的下表面连接，焊头305和焊接架301悬臂端的下表面固定连接。

[0034] 在纵向滑台结构中，如图4和图5所示，第一滚珠丝杠208的输入端分别穿过纵向第二滚珠丝杠螺母218的内径和第一防撞垫213的内径，通过第一联轴器211和第一步进电机207的输出轴连接，第一滚珠丝杠208的自由端分别通过第一滚珠丝杠轴承座201和第一轴承端盖221与纵向滑台导轨206固定连接，纵向第一滚珠丝杠螺母217和第一步进电机座207的第一端固定连接，纵向第二滚珠丝杠螺母218的外径和纵向滑台205的内表面固定连接。

[0035] 在横向滑台结构中，如图7和图8所示，第二滚珠丝杠210的输入端分别穿过横向第二滚珠丝杠螺母216的内径和第二防撞垫214的内径，通过第二联轴器212和第二步进电机209的输出轴连接，第二滚珠丝杠210的自由端分别通过第二滚珠丝杠轴承座202和第二轴承端盖222与横向滑台导轨204固定连接，横向第一滚珠丝杠螺母215和第二步进电机座220的第一端固定连接，横向第二滚珠丝杠螺母216的外径和横向滑台203的内表面固定连接。

[0036] 如图9所示，储料桶302和焊接架301悬臂端的顶面的距离大于激光头304和焊接架301悬臂端的顶面的距离，激光头304和焊接架301悬臂端的顶面的距离大于焊头305和焊接架301悬臂端的顶面的距离，纵向滑台导轨206的宽度和横向滑台203的宽度相等。

[0037] 纵向滑台导轨206和横向滑台导轨204互相垂直，第一滚珠丝杠208的轴线和第二滚珠丝杠210的轴线垂直。

[0038] 十字滑台组件2中的固定连接均用六角头螺栓223和六角头螺母224连接，纵向滑台结构中的六角头螺栓223和六角头螺母224的数量与横向滑台结构中的六角头螺栓223和六角头螺母224的数量相等。

[0039] 以下结合实施例对本发明一种大型异型管材微铸轧增材制造的壁厚增材制造装置做进一步描述：

[0040] 在应用该装置时，先进行结构组装。首先，将第一步进电机座219和第二步进电机座220分别与纵向滑台导轨206的一端和横向滑台导轨204的一端固定连接，并用六角头螺栓223和六角头螺母224固定；将第一步机电机207和第二步机电机209分别与第一步进电机座219的第一端和第二步进电机座220的第一端固定连接，并用六角头螺栓223和六角头螺母224固定；第一防撞垫213的一端和第二防撞垫214的一端分别与第一步进电机座219的第二端和第二步进电机座220的第二端固定连接。

[0041] 然后，将第一滚珠丝杠208的输入端分别穿过纵向第二滚珠丝杠螺母218的内径和第一防撞垫213的内径，通过第一联轴器211、六角头螺栓223和六角头螺母224与第一步进电机207的输出轴连接；将第一滚珠丝杠208的自由端分别通过第一滚珠丝杠轴承座201和第一轴承端盖221与纵向滑台导轨206连接，并用六角头螺栓223和六角头螺母224固定；将纵向第一滚珠丝杠螺母217和第一步进电机座207的第一端固定连接，将纵向第二滚珠丝杠螺母218的外径和纵向滑台205的内表面固定连接。

[0042] 接着，将第二滚珠丝杠210的输入端分别穿过横向第二滚珠丝杠螺母216的内径和第二防撞垫214的内径，通过第二联轴器212、六角头螺栓223和六角头螺母224与第二步进电机209的输出轴连接；将第二滚珠丝杠210的自由端分别通过第二滚珠丝杠轴承座202和第二轴承端盖222与横向滑台导轨204固定连接，并用六角头螺栓223和六角头螺母224固定；将横向第一滚珠丝杠螺母215和第二步进电机座220的第一端固定连接，将横向第二滚珠丝杠螺母216的外径和横向滑台203的内表面固定连接。

[0043] 然后，将横向滑台203的下部和横向滑台导轨204的上部滑动连接，纵向滑台导轨206的下部和横向滑台203的上部固定连接，纵向滑台205的下部和纵向滑台导轨206的上部滑动连接，组成十字滑台组件2。

[0044] 最后，将十字滑台组件2通过螺栓和立壁1固定连接，激光熔覆组件3通过螺栓和十字滑台组件2的纵向滑台205的上部固定连接，从而完成整体装置的连接。

[0045] 在用该装置工作时，首先启动第二步进电机209，通过第二联轴器212将扭矩传递给第二滚珠丝杠210，第二滚珠丝杠210做旋转运动；第二滚珠丝杠210的外螺纹与横向第二滚珠丝杠螺母216的内螺纹相配合，横向第二滚珠丝杠螺母216与横向滑台203固定连接，在第二滚珠丝杠210的带动下，横向滑台203将沿横向滑台导轨204滑动；由于横向滑台203被第二滚珠丝杠210带动而沿横向滑台导轨204滑动，固定在横向滑台203上的纵向滑台导轨206以及固定连接在其上的零件也在平行于立壁1的平面内左右移动。

[0046] 接着，启动第一步进电机207，通过第一联轴器211将扭矩传递给第一滚珠丝杠208，第一滚珠丝杠208做旋转运动，第一滚珠丝杠208的外螺纹与纵向第二滚珠丝杠螺母
218的内螺纹相配合，纵向第二滚珠丝杠螺母218与纵向滑台205固定连接，在第一滚珠丝杠
208的带动下，纵向滑台205将沿纵向滑台导轨206滑动，固定连接在纵向滑台203上的激光熔覆组件3也跟随纵向滑台203一起做纵向上的运动。通过以上步骤，即可实现激光熔覆工作区域的可调整性。

[0047] 在上述十字滑台组件2的带动下，焊接架301可在平面内的四个方向移动，激光熔覆材料经由储料桶302送至被加工件表面，先由焊头305将激光熔覆材料焊接成型，再由激光头304把已成型的基材表面薄层和新送至被加工件表面的熔覆材料熔覆为一体，形成新的表面。保温罩4在工作过程中起到保温的作用。

[0048] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。