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中科煜宸智能激光内孔增材为阀门曲面密封穿上陶瓷“内衣”

日期:2018年9月21日 11:07


阀门是用来开闭管路、控制流向、调节和控制输送介质的参数(温度、压力和流量)的管路附件,可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。

 

国产阀门年销售额近3000亿元,但利润只有160多亿元,利润率仅为5.3%左右;每年进口阀门总值160多亿元,其利润就有80多亿元,利润率达到了50%左右,差距明显。一些大口径高温高压阀门,高参数、耐强腐烛等高技术阀门,严重依赖进口。 

曲面密封阀门为比较高端的阀门,此前均需国外进口,其内孔密封面为空间曲面,机加工难度高,且在密封面处还需要有一层耐高温、耐磨、耐腐蚀涂层,传统方法为焊接,因为传统焊接热注入大,零件易变形,良品率低,且涂层材料晶粒组织粗大,耐磨与耐腐蚀性能需要进一步提升。

 

为解决阀门空间曲面密封内孔的激光增材难题,中科煜宸研发人员采用离线编程技术,基于阀门内孔空间曲面特征,如图1红色区域所示,开展了阀门内孔空间曲面离线编程设计,通过实际验证,成功实现了阀门内孔空间密封曲面的智能化激光增材,国内首创,解决了高端阀门内孔激光增材难题。

 

图1 阀门三维内孔特征

 

阀门内孔激光增材区域为空间曲面结构,有些地方有30°以上倾斜角,传统示教编程,可以把路径示教出来,但采集点较多,增材效果存在差异化。基于阀门的三维模型,中科煜宸研发人员建立了机器人联动坐标系模型,使得机器人与机器人底座导轨、旋转夹盘进行良好耦合,生成了模拟路径以及现场路径模拟通过机器人工作站模型的建立,采用这个模型作为工具来完成路径编程工作,模型只需建立一次,后期更换零件数模和激光头数模即可完成同类零部件的空间曲面激光增材工作,极大节约了技术开发时间及成本。

 

如图2所示为阀门现场激光智能增材,由于中科煜宸研究人员已经规划好内孔加工头的轨迹路径及偏转角度,操作人员只需提前定义好初始定位点便可完成阀门内孔空间曲面的激光增材工作,效率得到极大提升,涂层表面质量良好,如图3所示,表面非常平整,没有裂纹、凸起、夹渣,厚度2.5mm,无变形,阀门企业机加工后,便可在阀门基体表面穿上一层高性能的陶瓷“内衣”,有效提升了阀门的使用寿命及使用效果。

 

 

图2 阀门现场激光增材照片

 

图3 空间曲面阀门内孔增材表面形貌

 

中科煜宸开发了多款激光增材加工头,体积小巧,稳定性好,重量轻,具有自主知识产权,价格是国外进口加工头的1/3,适应各类激光器,避免了国外进口加工头在某些类别激光器上使用时的发热问题。

 


 

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