一种具有新型耐磨层结构的钩爪及其制造方法
专利汇可以提供一种具有新型耐磨层结构的钩爪及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种具有新型耐磨层结构的核电站 控制棒 驱动机构钩爪及其制造方法。该钩爪结构为：销孔的耐磨层外形为方形；钩齿与基体的结合面为平面。本发明采用激光3D打印技术，制造步骤如下：S1：建立毛坯三维数模；S2：制定激光沉积制造方案，并对数模进行切片和激光扫描路径规划；S3：设定制造参数并编制工艺控制程序；S4：完成制造前准备工作；S5：按照设定的程序进行激光沉积制造；S6：将钩爪毛坯从 基板 切割分离，然后进行 热处理 ；S7：对热处理后的钩爪毛坯进行机加工获得钩爪成品。本发明制造的钩爪具有比 氧 乙炔堆焊钩爪更好的 力 学性能，生产过程完全自动控制，不受操作人员影响，适合批量生产，可以完全替代氧乙炔堆焊钩爪。，下面是一种具有新型耐磨层结构的钩爪及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种利用激光增材制造技术制造的核电站控制棒驱动机构钩爪，其特征在于：销孔的耐磨层为外圆呈锯齿状的圆管形；销孔耐磨层与基体结合面为锯齿形；钩齿与基体的结合面为锯齿形。
2.权利要求1所述的新型耐磨层结构的核电站控制棒驱动机构钩爪的激光增材制造方法，包括如下步骤：
S1：建立钩爪毛坯三维数字模型；
S2：制定钩爪激光增材制造方案，并对数模进行切片和激光扫描路径规划；
S3：设定激光增材制造参数并编制工艺控制程序；
S4：完成激光增材制造前准备工作；
S5：按照设定的程序进行激光增材制造；
S6：将钩爪毛坯从基板切割分离，然后进行热处理；
S7：对热处理后的钩爪毛坯进行机加工，获得钩爪成品。
3.权利要求1所述外圆呈锯齿状的圆管形钩爪销孔区耐磨层，其特征是：圆管外直径不小于10.5mm，不大于19.0mm。
4.权利要求2所述钩爪激光增材制造方法S2步骤，其特征在于：
S2-1：采用钩爪毛坯以钩齿面中心法与其轴线所在平面呈水平的侧向平放方式生长；
S2-2：将钩爪毛坯数模进行切片；
S2-3：对切片进行分区，并规划每个分区的激光扫描路径；
S2-4：编制钩爪毛坯切片和激光增材制造程序文件。
5.权利要求2所述激光增材制造钩爪毛坯S3步骤设定激光增材制造参数，其特征在于：
激光光斑直径为φ2mm φ6mm，激光功率为1kw 5Kw，激光扫描速度3mm/s 30mm/s，激光扫描~ ~ ~
搭接率为30% 50%，切片层厚为0.5mm 2.0mm。
~ ~
6.权利要求2所述激光增材制造钩爪毛坯S4步骤，其特征在于：
S4-1：对基材去油污，表面打磨去除氧化皮，然后清洗烘干；
S4-2：将基材放置到氩气氛保护的激光沉积成形仓的工作平台上并固定，调整送粉器到基材表面的距离，并设定激光扫描的起点和终点；
S4-3：将激光增材制造钩爪毛坯用原材料粉末装入送粉器；
S4-4：进行激光增材制造程序预运行，检测设备运行准确性和程序运行的合理性。
7.权利要求2所述激光增材制造钩爪毛坯S6步骤的热处理，其特征在于：热处理温度介于800℃ 1075℃之间，保温时间45min 75min，冷却方式为随炉冷却。
~ ~
8.权利要求2所述S7步骤的机加工，其特征在于：
S7-1：基准面加工——铣加工钩爪毛坯的沉积面顶面和底部切割面成为加工基准面；
S7-2：销孔轴心定位——将下销孔圆形耐磨区圆心位置定位为销孔轴心，再按照尺寸要求在上销孔圆形耐磨区圆心位置定位上销孔轴心；
S7-3：打孔——以定好的轴心在销孔耐磨层区进行铣孔；
S7-4：然后以上、下销孔轴心为基准编制数控加工程序，完成钩爪的机加工。
9.权利要求4所述S2-3数模切片，其特征在于：销孔层切片平面内至少分为四个扫描分区——基体区、下销孔耐磨层区、上销孔耐磨层区和钩齿区；上下销孔耐磨材料区是以钩爪销孔轴心为中心的圆形；该圆形直径介于10.5mm 19mm之间；相邻两层切片的圆形耐磨材料~
区直径相差2mm 4mm。
~
10.权利要求4所述S2-4激光扫描路径规划，其特征在于：同一切片不同区域的激光扫描路径相互可以相互垂直，也可以相互平行；相邻两层切片的激光扫描路径可以相同，也可以呈一定角度，如90°。
11.权利要求6所述S4-1步骤的基材，其特征在于：基材为不锈钢，如12Cr17Mn6Ni5N，
12Cr18Ni9，Y12Cr18Ni9，Y12Cr18Ni9Cu3，06Cr19Ni10，00Cr18Ni9N。
12.权利要求6所述S4-3激光增材制造钩爪毛坯原材料粉末，其特征在于：基体原材料粉末为00Cr18Ni9-N控氮奥斯体不锈钢；耐磨层原材料粉末为Stellite 6钴基合金。
13.权利要求6所述S4-3步骤的送粉器，其特征在于：粉器至少拥有两个密封的送粉仓。
14.权利要求13所述00Cr18Ni9-N控氮奥斯体不锈钢粉末，其特征在于：该材质粉末的制造方法为旋转电极法或者气体雾化法。
15.权利要求13所述Stellite 6钴基合金粉末，其特征在于：该材质粉末的制造方法为旋转电极法或者气体雾化法。
一种具有新型耐磨层结构的钩爪及其制造方法
技术领域
背景技术
发明内容
S2：制定钩爪激光沉积制造方案，并对数模进行切片和激光扫描路径规划；
S3：设定激光沉积制造参数并编制工艺控制程序；
S4：完成激光沉积制造前准备工作；
S5：按照设定的程序进行激光沉积制造；
S6：将钩爪毛坯从基板切割分离然，后进行热处理；
S7：对热处理后的钩爪毛坯进行机加工，获得钩爪成品。
S2-2：将钩爪毛坯数模进行切片；
S2-3：对切片进行分区，并规划每个分区的激光扫描路径；
S2-4：编制钩爪毛坯切片和激光沉积制造程序文件。
搭接率为30% 50%，切片层厚为0.5mm 2.0mm。
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S4-2：将基材放置到氩气氛保护的激光沉积成形仓的工作平台上并固定，调整送粉器到基材表面的距离，并设定激光扫描的起点和终点；
S4-3：将激光沉积制造钩爪毛坯用原材料粉末装入送粉器；
S4-4：进行激光沉积制造程序预运行，检测设备运行准确性和程序运行的合理性；
本发明所述激光沉积制造钩爪毛坯S6步骤的热处理，其特征在于：热处理温度为800℃
1075℃，冷却方式为随炉冷却。
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S7-2：销孔轴心定位——将下销孔圆形耐磨区圆心位置定位为销孔轴心，再按照尺寸要求在上销孔圆形耐磨区圆心位置定位上销孔轴心；
S7-3：打孔——以定好的轴心在销孔耐磨层区进行铣孔；
S7-4：然后以上、下销孔轴心为基准编制数控加工程序，完成钩爪的机加工。
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图2氧乙炔堆焊钩爪下销孔耐磨层结构示意图；
图3氧乙炔堆焊钩爪钩齿与基体结合面示意图；
图4激光沉积制造钩爪结构示意图；
图5激光沉积制造钩爪下销孔耐磨层结构示意图；
图6激光沉积制造钩爪钩齿与基体结合面示意图；
图7 耐磨材料与基体的锯齿状结合面；
图8激光沉积制造钩爪毛坯结构示意图；
图9 激光沉积制造钩爪毛坯销孔层切片示意图；
图10 激光沉积制造钩爪毛坯销孔层切片激光扫描路径规划图；
图11激光沉积Stellite 6热处理硬度-温度曲线；
图12激光沉积控氮奥氏体不锈钢热处理硬度-温度曲线；
图13激光沉积制造钩爪毛坯机加工销孔轴心定位示意图。
具体实施方式
b、制定钩爪激光沉积制造方案，并对数模进行切片和激光扫描路径规划；
c、设定激光沉积制造参数，编制激光沉积制造工艺控制程序；
d、完成激光沉积制造前准备工作；
e、按照工艺程序文件进行激光沉积制造；
f、将钩爪毛坯从基板上切割分离，然后进行热处理；
g、对热处理后的钩爪毛坯进行粗加工并进行无损检测；
h、对无损检测合格的钩爪毛坯进行精加工，制造成品钩爪；
I、对成品钩爪进行尺寸和外观检验。
根据钩爪成品数字模型，首先设计钩爪机加工坯料数字模型；再根据激光沉积工艺特征和内部质量检测要求，各个加工面都增加加工余量，从而获得激光沉积制造钩爪毛坯的数值模型；
本发明中成品钩爪销孔直径为φ9.493mm，外圆层锯齿状的圆管形耐磨层齿根截面圆直径大于销孔直径，小于钩爪侧面的宽度19mm。本发明耐磨区分别采用直径10.5mm，14mm和
19mm，齿间距分别为0.5mm、1mm、1.5mm和2.0mm进行了设计制造。
按照该方案进行切片时，钩爪切片平面内结构将完全相同，如图9所示。每个切片分为四个区域：基体5、下销孔耐磨材料区6、上销孔耐磨材料区7和钩齿区8。相邻两层切片的销孔耐磨材料区直径大小相差2mm 4mm，使耐磨材料区与基体形成锯齿状连接，如图7所示；
~
对切片进行激光扫描路径规划。为了降低和消减应力累积，一般要求相邻两层的激光扫描路径要成一定角度。本发明中，相邻两层切片的激光扫描路径呈90°垂直；
在进行激光扫描路径规划时，除相邻两层切片的激光扫描路径成一定角度外，同一切片中相邻两区的激光扫描路径也要成一定角度。本发明都是呈90°，如图10所示，图10（a）和图10（b）是相邻两个切片的激光扫描路径规划；此时需要设定扫描间距，即激光扫描搭接率，本发明搭接率为30% 50%之间。
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表1 钩爪激光沉积制造工艺参数表
根据工艺参数和切片扫描路径，编制激光沉积制造工艺控制程序。
第三步，原材料准备；最后是程序预运行；
首先是基材准备。由于激光沉积的是控氮奥氏体不锈钢，首选基材就是控氮奥氏体不锈钢板材。考虑到成本，可以其他不锈钢代替，如12Cr17Mn6Ni5N（201牌号），12Cr18Mn9Ni5N（202牌号），12Cr18Ni9（302牌号），Y12Cr18Ni9（303牌号），06Cr19Ni10（304牌号）等。本发明采用的是06Cr19Ni10中厚板，厚度30mm；
将基材清洗除油除锈，在烘干炉内加热烘干，烘干温度150℃，保温60min。然后对基材棱角打磨去除毛刺，表面打磨光亮清除氧化皮；
第二步，工作台准备。将烘干并打磨好的基材放置到激光沉积成形仓内的工作平台上并用夹具固定，该成形仓内充满氩气。调整激光沉积成形同轴送粉器到基材表面的距离，确保基材沉积面在激光焦点范围内。设定送粉器在基材上扫描的起点和终点，限定扫描范围。
最后确认成形仓内的氧含量，只有低于50ppm时才能开始激光沉积制造；
第三步，原材料准备。本发明所用原材料为00Cr18Ni9N控氮奥氏体不锈钢粉末和
Stellite 6钴基合金粉末。00Cr18Ni9N控氮奥氏体不锈钢粉末采用旋转电极工艺制备，化学成分符合RCC-M标准，粒度为-60目 200目。Stellite 6钴基合金粉末为气体雾化法制备~
的堆焊粉末，化学成分符合AWS A5.21标准，粉末粒度-100目 320目；
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将粉末装入激光沉积数控系统的送粉器中，该送粉器至少具有两个送粉仓，可以实现至少两种粉末材料的同时激光沉积制造。本发明所用送粉器为载气式送粉器，保护气体为高纯氩气，拥有三个送粉仓，可以实现三种粉末材料的同时激光沉积。
30min，45min，60min，75min和90min对比。
可以看出，激光沉积制造的Stellite 6钴基合金和00Cr18Ni9N控氮奥氏体不锈钢，无论是激光沉积态还是热处理后，其综合力学性能都高于RCC-M标准；
根据上述拉伸实验结果，本发明优选的钩爪热处理工艺为：热处理温度：800℃ 1075~
℃，保温时间45min 75min，冷却方式为随炉缓慢冷却。
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允许有一个液体渗透显示。
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