一种轴件冷却结构及轴件激光熔覆装置

本发明涉及激光熔覆，尤其涉及一种轴件冷却结构及轴件激光熔覆装置。

背景技术：

1、激光熔覆是一种表面改性技术，其通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使熔覆材料与基材表面薄层一起熔凝，在基材表面上形成与基材成冶金结合的表面熔覆层。

2、由于激光熔覆加工是一个粉末快速熔化、熔池快速冷却并凝固的过程，其中较大的温度梯度将导致较大的热应力，这也使得材料在增材过程中热裂纹易于萌生与扩展，且在成形完成后的残余应力较大，而较大的残余应力将不利于材料的断裂韧性、疲劳寿命等力学性能，而且在轴类零件上由于热量堆积现象比较严重，会出现熔池增大，熔覆层过度氧化，以及难以熔覆成型的问题，对熔覆层宏观形貌影响较为严重，因此一般通过加热炉或者加热丝对工件进行预热处理后再进行激光熔覆，降低熔覆层温度差从而降低裂纹率，激光熔覆过程中高温环境会对作业旁侧工件热传递导致温度过高，因此需要采用冷却装置对工件进行降温处理，如此保证工件合适的温度范围。

3、目前，传统的降温方式一般是液冷或风冷，液冷是通过对工件施加冷却液或者对在工件底部放上冷却块进行冷却，但是对于激光熔覆中的轴件，需要保持其轴件上的干燥，如果轴件存在液体则其难以熔覆成型，此外轴件本身在转动且有一定弧度，冷却效率高的液冷方式因为不能直接接触，导致液冷降温难以实现。采用风冷对轴件进行降温是在熔覆过程中对熔覆层吹惰性气体，但这种方式容易影响送粉气流，而且仅采用风冷方式的冷却效率低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种轴件冷却结构，用于解决现有的冷却结构对于轴件液冷方式不能直接接触难以实现，而风冷方式影响送分气流且冷却效率低的问题。

2、本发明的轴件冷却结构采用如下技术方案：一种轴件冷却结构，包括用于环设在轴件外周面的冷却组件，冷却组件包括冷却块，冷却块内开设有用于冷却液流通的流体通道，冷却块上设置有用于与轴件贴合且随轴件转动随之发生滚动以用来传热的滚动件。

3、本发明的轴件冷却结构为全新设计的一种轴件冷却结构，本发明的轴件冷却结构在具体使用时，将冷却组件环设在轴件的外表面上，冷却块内具有冷却液的流体通道，对冷却块进行降温，冷却块和轴件之间设置滚动件以使冷却块和轴件进行热量交换，对轴件进行冷却降温处理，降低热量堆积对熔覆层造成不良影响，通过滚动件与轴件的接触式冷却对轴件进行降温处理，提高了对轴件的散热效率，且冷却液不会接触轴件对熔覆效果产生影响，还避免了风冷方式影响送粉气流的影响。

4、进一步地，所述滚动件为冷却滚珠，冷却滚珠转动设置在冷却块上。冷却滚珠可以360度旋转，在与轴件相对转动时不会出现卡死现象，设置在冷却块与轴件之间对轴件的冷却传热效果良好。

5、进一步地，所述冷却块有多个且用于围绕轴件外周分布，相邻的冷却块之间连接有弹性连接结构。针对不同尺寸轴径的轴件，弹性连接结构可以调节冷却块之间距离，且弹性连接结构可以保证冷却块始终箍紧轴件，使用方便。

6、进一步地，所述冷却块包括固定冷却块和至少两个活动冷却块，固定冷却块用于与轴件激光熔覆装置工作台上的下方连接结构固定，活动冷却块用于环绕轴件外周。设置固定冷却块方便与下方连接结构固定，保持冷却组件的稳定，活动冷却块用于环绕轴件外周方便调节和与轴件箍紧。

7、进一步地，所述弹性连接结构为拉簧。拉簧结构简单，弹性效果好，弹性力大，能够适用于一定高温环境，使用寿命高。

8、进一步地，所述冷却块上设置有风冷通道，风冷通道的风冷出风口位于滚动件在冷却块上的同侧。在冷却块上设置有风冷通道使得冷却方式变为液冷加风冷，风冷在液冷的基础上提高了冷却效果。

9、进一步地，所述风冷通道的风冷出风口的开口朝向轴件一侧。将风冷通道的风冷出风口的开口朝向轴件一侧这种设置使得风冷出风口只吹向轴件的单侧，在安装时将其风冷出风口方向朝向远离激光熔覆作业方向，避免了对轴件上粉末、气体的扰动，可以使作业正常进行，更加高效的利用了气体冷却。

10、进一步地，所述流体通道在冷却块内回折延伸。设置回折延伸的流体通道增大流体通道体积，使得冷却块的散热冷却效果更加快速，保证滚动件的热量传递。

11、本发明的目的在于提供一种轴件激光熔覆装置，用于解决现有的轴件激光熔覆装置的冷却结构用于解决现有的冷却结构对于轴件液冷方式不能直接接触难以实现，而风冷方式影响送分气流且冷却效率低的问题。

12、本发明的轴件激光熔覆装置采用如下技术方案：包括工作台，工作台上设置有用于固定轴件位置以及驱动轴件旋转的变位机，工作台上设置有激光熔覆头以及用于对轴件预热的感应加热装置和用于对轴件冷却的冷却装置，冷却装置包括轴件冷却结构以及对轴件冷却结构提供冷源的冷源发生装置，轴件冷却结构包括用于环设在轴件外周面的冷却组件，冷却组件包括冷却块，冷却块内开设有用于冷却液流通的流体通道，冷却块上设置有用于与轴件贴合且随轴件转动随之发生滚动以用来传热的滚动件，工作台上还配置有控制器，控制器与感应加热装置和冷却装置控制连接，在工作台上配置有温度传感器用于监测轴件温度，温度传感器连接于控制器且提供给控制器温度信号以控制感应加热装置和冷却装置。

13、本发明的轴件激光熔覆装置为对现有的轴件激光熔覆装置进行改进，本发明的轴件激光熔覆装置在具体使用时，使用感应加热装置对轴件加热，针对轴件，对于短距离的激光熔覆热积累现象不明显，可以通过预热处理来降低轴件与熔覆层之间的温度梯度，从而减少热应力产生的熔覆裂纹。在完成一定距离的熔覆层后，通过调节感应电流频率大小，可以实现缓冷工艺，使熔覆层在空气中缓慢降温。通过冷却装置对轴件进行降温冷却，对于长距离的激光熔覆，由于热积累现象严重，会出现熔池增大，熔覆层过度氧化，以及难以熔覆成型的问题，将冷却基体环设在轴件的外表面上，冷却块内具有冷却液的流体通道，对冷却块进行降温，冷却块和轴件之间设置滚动件以使冷却块和轴件进行热量交换，对轴件进行冷却降温处理，降低热量堆积对熔覆层造成不良影响，通过滚动件与轴件的接触式冷却对轴件进行降温处理，提高了对轴件的散热效率，且冷却液不会接触轴件对熔覆效果产生影响，温度传感器监测轴件实时温度，控制器控制感应加热装置的加热温度以及控制冷却装置的冷源发生装置使得冷却效果良好。

14、进一步地，所述滚动件为冷却滚珠，冷却滚珠转动设置在冷却块上。冷却滚珠可以360度旋转，在与轴件相对转动时不会出现卡死现象，设置在冷却块与轴件之间对轴件的冷却传热效果良好。

15、进一步地，所述冷却块有多个且用于围绕轴件外周分布，相邻的冷却块之间连接有弹性连接结构。针对不同尺寸轴径的轴件，弹性连接结构可以调节冷却块之间距离，且弹性连接结构可以保证冷却块始终箍紧轴件，使用方便。

16、进一步地，所述冷却块包括固定冷却块和至少两个活动冷却块，固定冷却块用于与轴件激光熔覆装置工作台上的下方连接结构固定，活动冷却块用于环绕轴件外周。设置固定冷却块方便与下方连接结构固定，保持冷却组件的稳定，活动冷却块用于环绕轴件外周方便调节和与轴件箍紧。

17、进一步地，所述弹性连接结构为拉簧。拉簧结构简单，弹性效果好，弹性力大，能够适用于一定高温环境，使用寿命高。

18、进一步地，所述冷却块上设置有风冷通道，风冷通道的风冷出风口位于滚动件在冷却块上的同侧。在冷却块上设置有风冷通道使得冷却方式变为液冷加风冷，风冷在液冷的基础上提高了冷却效果。

19、进一步地，所述风冷通道的风冷出风口的开口朝向轴件一侧。将风冷通道的风冷出风口的开口朝向轴件一侧这种设置使得风冷出风口只吹向轴件的单侧，在安装时将其风冷出风口方向朝向远离激光熔覆作业方向，避免了对轴件上粉末、气体的扰动，可以使作业正常进行，更加高效的利用了气体冷却。

20、进一步地，所述流体通道在冷却块内回折延伸。设置回折延伸的流体通道增大流体通道体积，使得冷却块的散热冷却效果更加快速，保证滚动件的热量传递。