[发明专利]一种等离子物理气相沉积用多工位回转工装装置

说明书

一种等离子物理气相沉积用多工位回转工装装置涉及等离子喷涂领域，该多工位回转工装装置由公转系统、自转系统、控制系统、支撑机架四部分组成；其中公转系统由电主轴机构、旋转架机构、公转齿轮机构三部分组成；自转系统由万向节机构、自转轴机构两部分组成。该装置可实现单轴输入多轴输出，具有公转和自转的功能,可满足多个回转体零件回转面涂层制备的使用需求；采用该带角度工装装置后，工件喷涂厚度获得大幅度改善，解决了具有遮蔽严重区域或弯扭较大区域工件的涂层均匀过渡；该装置工位设置合理恰当，机构运行稳定可靠，能严格控制产品涂层的厚度均匀性与一致性，特别适用于燃气涡轮发动机涡轮叶片表面涂层的制备；提高生产效率与产能。

技术领域

本发明涉及等离子喷涂领域，具体涉及等离子物理气相沉积过程中，对多个工件进行自动回转喷涂的多工位回转工装装置。

背景技术

燃气涡轮发动机高压涡轮导向叶片，尤其是多联体导向叶片，具有复杂型面和遮蔽因素，其表面的涂层多为大气等离子喷涂(APS)和电子束物理气相沉积(EB‐PVD)技术制备。上述两种传统技术均为视线沉积技术，即可见的位置容易沉积涂层，在遮蔽严重区域或弯扭较大区域，难以获得组织和厚度均匀的涂层，会影响燃气涡轮发动机涡轮叶片表面的热障涂层热防护效果。本世纪初以来，国内外发展了一种新型的制备技术—等离子物理气相沉积技术(PS‐PVD)，该技术具有大光斑直径(可达φ400mm)、高等离子体速度和长等离子体焰流(可到2m以上)等特点，制备的热障涂层可以兼顾APS和EB‐PVD涂层的结构特点，具有高隔热、长寿命等特性，被认为是未来热障涂层制备技术必然发展趋势和方向之一。由于PS‐PVD工艺过程中，大尺寸光斑和高速焰流等特征，该技术可以实现非视线沉积，满足多联体导向叶片遮蔽区域涂层均匀制备和组织结构可控涂层制备需求。但是喷涂沉积过程中，被喷涂沉积工件被等离子射流基本完全覆盖，在沉积过程中容易导致基体瞬间热流量输入过大或过热等影响涂层制备和沉积加工过程的相关问题，另外由于等离子体射流长，前端喷枪夹持机械手或行走装置的调节幅度有限，难以像普通大气等离子喷涂(喷涂距离一般60～120mm)大角度调节喷枪实现不同位置喷涂，因而必须配合喷枪姿态摆动设计工装装置配合高质量喷涂沉积。

传统的工装均采用工件垂直放置加旋转的单工位喷涂方式，工装只能实现单轴输入单轴输出的简单单一模式，即实现沿自身自转轴轴线旋转运动，工装实现单一工件喷涂；采用传统的单工位工装喷涂方式，由于多联体导向叶片具有复杂型面和遮蔽部分，易造成涂层厚度偏薄，过渡区域衔接不均匀等不足。在常规大气等离子喷涂过程中，由于焰流长度短，等离子体直径小，喷涂距离近等特点，通过喷涂姿态调整可以实现多联体导向叶片缘板和叶身涂层的均匀过渡；而在PS‐PVD工艺过程中，由于喷涂速度、等离子体直径等问题，小角度位置(缘板及缘板与叶身交界处)难以沉积高质量涂层，必须加以解决。另外从生产效率考虑以及工艺过程考虑，控制多工位无干扰的均匀沉积是提高生产效率的关键，同时可控的自转速度和角度，是控制多联体叶片表面涂层沉积温度以及最终涂层沉积均匀性和组织结构可控生长的关键途径之一，必须克服目前喷涂辅助工装技术的缺陷，针对PS‐PVD工艺开发新型的回转工装装置，满足工艺过程使用及大规模生产需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在等离子物理气相沉积过程中，对多个燃气涡轮发动机多联体涡轮叶片工件进行自动回转喷涂的多工位回转工装装置，可实现提高生产效率与产能水平以及能严格控制工件厚度均匀性与一致性。

另外此多工位回转工装装置亦可实现单轴输入多轴输出，实现多个工件公转与自转同时旋转，且保证各个工件旋转速度均匀、可调。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：多工位回转工装装置由公转系统(1)、自转系统(2)、控制系统(3)、支撑机架(4)四部分组成；其中公转系统由电主轴机构(101)、旋转架机构(102)、公转齿轮机构(103)三部分组成；自转系统由万向节机构(201)、自转轴机构(202)两部分组成。