[发明专利]一种阀门密封表面陶瓷熔注仿生强化方法与设备

权利要求书

1.一种阀门密封表面陶瓷熔注仿生强化设备，其特征在于：所述设备由控制单元、仿生结构体视觉监控系统、陶瓷精密送粉器、高能束发生器和三自由度数控工作台组成，控制单元分别与仿生结构体视觉监控系统、陶瓷精密送粉器、高能束发生器和三自由度数控机械工作台的通讯接口系统相连。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

控制单元包括一台工业控制计算机，该计算机具有多尺度陶瓷熔注强化层工艺模块、阀门密封面仿生结构体设计模块和阀门密封面仿生强化数控加工模块；

所述多尺度陶瓷熔注强化层工艺模块包括加工工艺参数数据库和仿生结构体视觉监控单元，所述数据库中每一条数据记录包括材料的牌号、原始显微组织，激光功率、扫描速度、熔注陶瓷速度、离焦量、陶瓷材料、陶瓷颗粒尺寸、陶瓷体积分数、陶瓷弥散形态，化学成分、组织结构、显微硬度、摩擦、磨损和热疲劳；所述仿生结构体视觉监控单元主要接受视觉硬件系统图像信号，处理陶瓷熔注熔化状态和仿生结构体成形状态，从而控制陶瓷熔注工艺参数和五轴数控工作台联动状态；

所述阀门密封面仿生结构体设计模块是选择具有耐磨抗裂功能的生物为生物原型，运用相似理论，对生物体几何尺寸、外形、系统结构和功能特征进行模拟和参数优化，建立相应生物模型，针对阀门密封表面不同特征，通过计算机数值模拟和特征参数优化，从减小阀门密封表面强化应力应变角度，设计仿生单元体和不同单元体按一定规律偶联构成仿生结构体；仿生单元体设计包括仿生单元体的形态、几何尺寸、化学成分、组织形态、陶瓷颗粒尺寸、陶瓷体积分数和陶瓷弥散形态设计；仿生结构体设计包括各仿生单元体耦合形式和偶联结构形态设计；

所述阀门密封面仿生强化数控加工模块能够根据设计好的阀门密封面仿生结构体自动形成数控加工程序，驱动三自由度数控机械工作台；也能够在其它计算机设计好阀门密封面表面仿生结构体，生成数控加工程序，然后导入该示教系统中；

同轴视觉传感采集系统与激光器通过紧固件连接，通过CCD视觉传感陶瓷熔注熔化状态和仿生结构体成形特征，传给控制单元中仿生结构体视觉监控单元；

所述高能束发生器是激光或等离子弧发生器；

所述陶瓷精密送粉器采用后侧熔注陶瓷颗粒，陶瓷包括TiC、WC和SiC，送粉速度1～200 mg/s，颗粒尺寸为10nm～1.0mm，在仿生单元体中陶瓷的体积分数为10%～50%，熔注层厚度0.01～2.0mm；

所述“三自由度数控机械工作台”的阀门由卡盘夹在床身上面，在工作中，由电机带动旋转；导轨立柱由螺栓固定在床身上面，Z向进给机构可沿着导轨立柱上下运动，电机带动Y向进给机构里面丝杠转动，完成Y向进给移动，高能束发生器可由螺钉固定在Y向进给机构左端，同轴视觉安装在高能束发生器上，陶瓷精密送粉器由螺钉固定在电机的后面，可提供陶瓷粉末，同轴视觉、陶瓷精密送粉器和高能束发生器一起随着电机的左右移动可伸入阀门内部进行工作。

3.一种利用权利要求1或2所述的设备进行阀门密封功能表面陶瓷熔注仿生强化方法，其特征在于：在阀门密封功能表面，利用高能束陶瓷熔注加工的方法，对表面进行填加化学元素和仿生强化。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：仿生强化是按阀门密封表面仿生强化模型，在阀门密封表面熔注陶瓷颗粒而成仿生结构体，弧形仿生单元体宽度W1为0.1～5.0mm，弧形仿生单元体深度L2为0.1～3.0mm，弧形仿生单元体曲度θ为30～180度，圆形仿生单元体间距W2为0.2～10.0mm，圆形仿生单元体深度L1为0.1～3.0mm， 圆形仿生单元体直径d为0.1～10.0mm。