[发明专利]零件深孔内壁激光3D打印金属成型温控系统

说明书

本发明涉及深孔内壁激光3D打印技术领域，公开了一种零件深孔内壁激光3D打印金属成型温控系统，在深孔零件孔内设置芯棒，所述芯棒的上端位于零件深孔上方，所述芯棒的上端两侧分别设置进水口和出水口，所述芯棒内形成U形通道，所述进水口与出水口分别连接至U形通道的两端，形成孔内冷却装置，所述芯棒与深孔零件孔的底部和内壁形成金属打印通道，所述深孔零件安装在转动机构上，相对于所述芯棒转动，在芯棒一侧的所述金属打印通道内设置送粉管，在芯棒另一侧的所述金属打印通道上方设置激光头。本发明通过孔内循环水冷却、孔外循环水冷却的内外双重冷却方法，解决深孔零件内壁连续激光熔覆造成的散热难题。

技术领域

本发明涉及深孔内壁激光3D打印技术领域，尤其涉及一种零件深孔内壁激光3D打印金属成型温控系统。

背景技术

对于小口径(规格φ50mm以下)内径零件的内壁堆焊，工艺过程复杂、产品质量不稳定，故一直是各类加工制造企业的难点。针对小口径深孔零件，目前主要采用的焊接方法有手工电弧堆焊、熔化极气体保护焊和非熔化极保护焊明弧堆焊以及激光堆焊等。从检索的文献和资料来看，采用将焊接热源伸入小口径零件深孔内，在其内壁实施送丝堆焊是主要采用的工艺方法。如专利《双水冷超小口径管内壁TIG堆焊焊枪》(专利申请号：201320819062.6)，设计一种可循环导水管的双层夹套TIG堆焊焊枪，将枪头伸入待堆焊深孔内部进行堆焊，由于枪头尺寸受限，最小堆焊直径为φ38mm。

中国专利申请：201320701175.6《小口径管内壁激光堆焊设备》中公开了将激光束聚焦成环形光斑，环形光斑沿深孔轴线做同轴的直线运动的堆焊方法，其激光运行轨迹为圆柱面。但是该激光焊接方法只能用于预置衬管或合金粉末的内壁堆焊，需要特制的聚焦镜系统才能实施。另外，当需要多层、大厚度堆焊层时，该激光堆焊方法无法实施连续成型，需要多次预置衬管或合金粉末。中国专利申请：201420510894.4《一种小口径管件内壁耐蚀堆焊焊接装置》中公开了一种可抽焊接烟尘的焊接装置，其可在孔内进行旋转焊接，堆焊过程中焊枪需伸入孔内。

尽管上述孔内壁的堆焊有一些技术改进，但由于其技术或工艺本身的原因还存在局限性，如上面提到的将焊枪伸入孔内堆焊时，适用的孔的内径必然受限于焊枪尺寸大小，内径较小的孔的内壁是不能通过这种方式被堆焊的。

专利《利用激光堆焊对孔内壁表面改性的表面改性的方法及装置》(专利申请号：201510489726.0)公开了一种深孔零件内壁激光堆焊制造工艺。该工艺方案是：采用载气式送粉至孔内，形成整个孔内的连续水平铺粉；通过倾斜激光束照射至内孔壁，使用激光束将粉末堆焊材料逐点熔覆在孔的内壁的表面上；随着铺粉送粉高度的增加，激光束斑点也随之协同上升。相对于现有技术，该发明专利操作简易、制备方便，且具有更高效的生产效率，能对更加细小直径的深孔的内壁进行激光堆焊。然而，该专利也存在一些不足，即激光热量始终集中于孔内而不能散热，容易造成孔内壁熔化金属凝固困难，不仅导致深孔内壁无法连续激光3D打印成型金属，而且3D打印内壁耐磨层与深孔零件基体稀释率也难以控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种零件深孔内壁激光3D打印金属成型温控系统，通过孔内循环水冷却、孔外循环水冷却的内外双重冷却方法，解决深孔零件内壁连续激光熔覆造成的散热难题。

本发明采取的技术方案是：

一种零件深孔内壁激光3D打印金属成型温控系统，其特征是，在深孔零件孔内设置芯棒，所述芯棒的上端位于零件深孔上方，所述芯棒的上端两侧分别设置进水口和出水口，所述芯棒内形成U形通道，所述进水口与出水口分别连接至U形通道的两端，形成孔内冷却装置，所述芯棒与深孔零件孔的底部和内壁形成金属打印通道，所述深孔零件安装在转动机构上，相对于所述芯棒转动，在芯棒一侧的所述金属打印通道内设置送粉管，在芯棒另一侧的所述金属打印通道上方设置激光头，所述激光头发射激光对送粉管送进的合金粉末进行熔覆3D打印，所述芯棒通过水循环对深孔零件进行冷却。