一种粉料定量灌装坩埚的自动化产线

技术领域

本发明涉及一种粉料定量灌装坩埚的自动化产线，属于金属3D打印技术领域。

背景技术

随着社会的发展以及科学技术的不断进步，金属3D打印技术的应用也愈发普及率，它以其材料利用率高以及制造周期短，灵活性高等特点迅速在金属制造业中占据了重要的地位。金属3D打印技术是将激光束(或电子束等)直接作用于金属粉末，利用高能能量源快速熔化金属粉末形成高温熔池或烧结粉末，并通过快速移动冷却形成搭接相连的固态熔道，在形成的金属加工平面上不断累积完成加工。金属3D打印技术可以打印一些体积小结构复杂且高精密的金属零件，对提高整个工业生产的质量和效率起着关键的作用，在制造金属零件的过程中提供了更多的可能性，促进了金属制造业的发展。

目前，市场上主流的直接用于制造金属零件金属3D打印技术有：选择性激光烧结(SLS)技术、选择性激光熔化(SLM)技术、直接金属激光烧结(DMLS)技术、激光近净成形(LENS)技术和电子束选区熔化(EBSM)技术等，其原料均为粉末材料。这些粉末材料的生产工艺较为复杂，其中有多道工序是需要将半成品粉料，按照所要求的量，均匀灌装在特制的金属小坩埚内，并将满坩埚堆垛在坩埚架上，送入热处理炉中处理。某公司实际生产中，热处理炉中每炉处理的小坩埚数量为144～198个，同时有多个热处理炉在工作，这样，每批次物料的生产中就会有几百乃至上千次的坩埚灌装填料动作，需要实现自动化来减少劳动强度，改善劳动条件，减少环境污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种粉料定量灌装坩埚的自动化产线，其能够实现粉料自动定量灌装并填平坩埚，以满足粉料在坩埚中高度和平整度的工艺要求，减少了人力资源投入，改善了工作环境，提高了生产效率。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种粉料定量灌装坩埚的自动化产线，它包括机架，所述机架上设置有料筒，所述料筒底部设置有锥形阀，所述锥形阀底部设置有升降填料嘴，所述升降填料嘴下方沿前后方向设置有传送带。

可选的，所述传动带一侧设置有第一坩埚架和第二坩埚架，所述第一坩埚架和第二坩埚架分别位于机架前后两侧，所述第一坩埚架位置处设置有第一行架机械臂，所述第二坩埚架位置处设置有第二行架机械臂。

可选的，所述机架上设置有称重装置，所述料筒支承设置于称重装置上。

可选的，所述锥形阀包括锥形阀支架，所述锥形阀支架上设置有下料筒，所述下料筒内部设置有可上下升降的公阀，所述公阀上方设置有母阀，所述公阀与母阀相配合。

可选的，所述母阀整体呈锥筒状，所述公阀整体呈锥台状，所述公阀的外锥面与母阀的内壁锥面相配合。

可选的，所述母阀外侧的下部边缘设置有一密封圈，所述母阀通过密封圈与料筒底部内壁锥面相配合。

可选的，所述公阀下方设置有升降机构。

可选的，所述锥形阀支架设置于称重装置上，所述料筒设置于锥形阀支架上。

可选的，所述升降填料嘴包括上下布置的固定筒体和填料嘴本体，所述固定筒体和填料嘴本体之间通过柔性接管相连接。

可选的，所述固定筒体左右两侧设置有升降缸体，所述填料嘴本体左右两侧设置有连接板，左右两个升降缸体下端分别与左右两个连接板相连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明能够实现粉料自动定量灌装并填平坩埚，以满足粉料在坩埚中高度和平整度的工艺要求，减少了人力资源投入，改善了工作环境，提高了生产效率；

2、本发明出料速度可控制，出料精度高；

3、本发明锥形阀具有振动功能，能够有效防止堵料；

4、本发明升降填料嘴外设置有除尘装置，无粉尘外泄污染；

5、本发明空坩埚通过行架机械臂抓取放置于传送带上，灌装后的坩埚再通过行架机械臂进行自动码垛，大大提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明一种粉料定量灌装坩埚的自动化产线的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的A部放大图。

图4为图1的B部放大图。

图5为图1中锥形阀的结构示意图。

图6为图5中母阀顶起状态的示意图。

图7为图5中母阀振动状态的示意图。

其中：

机架1

料筒2

锥形阀3

锥形阀支架31

下料筒32

公阀33

母阀34

密封圈35

升降机构36

升降填料嘴4

固定筒体41

填料嘴本体42

柔性接管43

升降缸体44

连接板45

传送带5

第一坩埚架6

第二坩埚架7

第一行架机械臂8

第二行架机械臂9

称重装置10

支腿11

除尘装置12。

具体实施方式

如图1～图7所示，本实施例中的一种粉料定量灌装坩埚的自动化产线，它包括机架1，所述机架1上设置有料筒2，所述料筒2用于储存半成品粉料原料，所述料筒2底部设置有锥形阀3，所述锥形阀3通过锥面配合的形式实现阀口的功能，所述锥形阀3底部设置有升降填料嘴4，所述升降填料嘴4嘴口呈扁口状，并能上下升降以最佳姿态和时机给坩埚灌装填料，所述升降填料嘴4下方沿前后方向设置有传送带5；

所述传动带5一侧设置有第一坩埚架6和第二坩埚架7，所述第一坩埚架6和第二坩埚架7分别位于机架1前后两侧，所述第一坩埚架6用于承载空坩埚，所述第二坩埚架7用于承载灌装后的满坩埚；

所述第一坩埚架6位置处设置有第一行架机械臂8，所述第二坩埚架7位置处设置有第二行架机械臂9，所述第一行架机械臂8可以实现X、Y、Z三个方向的运动，用于抓取第一坩埚架上的空坩埚至传送带上，所述第二行架机械臂9可以实现X、Y、Z三个方向的运动，用于抓取已经灌装填满的坩埚放置(堆垛)在第二坩埚架7上；

所述机架1上设置有称重装置10，所述称重装置10用于称量坐落在其上的料筒(含锥形阀及架座)的重量，用以判断灌装过程中阀口放出粉料的重量，所述料筒2支承设置于称重装置10上；

所述锥形阀3包括锥形阀支架31，所述锥形阀支架31上设置有下料筒32，所述下料筒32内部设置有可上下升降的公阀33，所述公阀33上方设置有母阀34，所述公阀33与母阀34相配合；

所述母阀34整体呈锥筒状，所述公阀33整体呈锥台状，母阀34的外表面为锥形，直接与物料接触，有利于料筒内物料的流出；

所述公阀33的外锥面与母阀34的内壁锥面相配合；

所述母阀34外侧的下部边缘与料筒2底部出料口内壁相配合；

具体的，所述母阀34外侧的下部边缘为一倒锥表面，所述母阀34通过倒锥表面与料筒2底部内壁锥面相配合；或所述母阀34外侧的下部边缘设置有一密封圈35，所述母阀34通过密封圈35与料筒2底部内壁锥面相配合；

正常情况下，母阀与料筒出料口内壁紧密贴合，且贴合面有密封圈加以密封，有一定的自锁作用，且在料筒内物料的施压下更加紧密贴合，保持着关闭状态。当需要开启时，公阀夹持住母阀，向上顶起母阀，顶起母阀的轴向距离，决定了锥形阀开口的大小；

所述公阀33下方设置有升降机构36，升降机构36能够驱动公阀33上下升降；

所述升降机构36可以采用气动或电动的形式；具体的，公阀顶起母阀的升降机构36可以是气缸，也可以是伺服电机；通过相应的检测元件实时检测和控制锥阀的轴向移动距离，即可方便的实现开口量的控制；

根据物料的特性不同，不同的粉料出料有不同的休止角。为能使锥形阀有更广泛适用范围，适应具有一定粘度粉料的出料，在公阀33内部还设置了振动器(气动或电动)，在实施开启动作出料时，启动振动器，振动器以小幅高频方式振动，传导给母阀一起振动，在此振动和倾斜外锥面的作用下，母阀上方的粉料以均匀方式沿周边的环形开口出料，避免了阀口堵料现象；

所述锥形阀支架31设置于称重装置10上，所述料筒2设置于锥形阀支架31上；

所述料筒2底部设置有多个支腿11，所述料筒2通过多个支腿11支承设置于锥形阀支架31上；

所述母阀34设置于料筒2内靠近底部位置处；

所述升降填料嘴4包括上下布置的固定筒体41和填料嘴本体42，所述固定筒体41和填料嘴本体42之间通过柔性接管43相连接；

所述固定筒体41左右两侧设置有升降缸体44，所述填料嘴本体42左右两侧设置有连接板45，左右两个升降缸体44下端分别与左右两个连接板45相连接；

所述固定筒体41和升降缸体44均固定设置于机架41上；

所述升降缸体44采用气动或液压的形式；

所述升降填料嘴4外设置有除尘装置12，所述除尘装置12设置在灌装填料的区域，用于收集灌装填料过程中难免溢出的粉尘。

工作原理：

坩埚架有两个，分别用于存放空坩埚的和存放已灌装满粉料的满坩埚；行架机械臂有两个，分别用于灌装前抓取空坩埚至传送带上和灌装后抓取满坩埚至坩埚架上；传送带用于运送坩埚；料筒用于储存粉料原料；称重装置负责检测料筒中粉料的出料量；锥形阀负责控制粉料出料，同时具有防止粉料堵料的功能；升降填料嘴是灌装填料时的出料口，通过升降动作与传送带带动坩埚平移动作的联合作用，控制粉料的填料高度和平整度；除尘装置可以防止灌装填料时粉尘外逸。

其整体流程与步骤如下：

步骤一、第一坩埚架就位：第一坩埚架是由AGV叉车送来的，固定点位放置在第一行架机械臂处，其上按相应规则垛满空坩埚(根据品种、批次不同，有8～11层，每层9个)；

步骤二、空坩埚逐个被抓取至传送带：第一行架机械臂通过X、Y、Z三个方向的不断移动和抓取动作，逐个将空坩埚抓取放置在传送带上，空坩埚随传送带向前移动；

步骤三、灌装刮平：系统检测到空坩埚运行到填料区域，升降填料嘴从原位下移至空坩埚前侧的底部；同时，锥形阀向上顶起打开，并根据称量装置自动检测出料重量，当出料量达到预先设定值时关闭，所放出的粉料暂时全部落在升降填料嘴上部自带的储料空间中；此时，升降填料嘴在向下漏料的同时上移至预设高度，并在此高度位置保持一段下料时间，且这段时间内，坩埚随传送带向前移动，则粉料即充满坩埚且是平整的状态；当坩埚移动至后壁即将碰触升降填料嘴时，坩埚已经灌装填料完毕，填料嘴向上升起至原位，本步骤结束，坩埚继续向前运行；

步骤四、满坩埚堆垛至第二坩埚架上：第二行架机械臂通过X、Y、Z三个方向的不断移动，逐个将满坩埚抓取堆放在第二坩埚架中；

重复上述步骤二至步骤四，直至完成所有第一坩埚架中的坩埚的倒料工作。

粉料定量原理：

根据粉料原料的生产工艺，在不同的工艺阶段，要求准备去热处理的坩埚内的粉料量也有所不同。因此，系统需要具备坩埚灌装填料的定量设置功能，在操作界面设置填料质量或填料高度。

1、坩埚内灌装粉料质量的计算：

设工艺上要求坩埚内粉料的高度为h，已知坩埚近似为四方体，内腔的长*宽*高为L*B*H，粉料的密度为ρ，则坩埚内灌装的粉料质量：

m＝(L*B*h)*ρ

2、粉料出料精度控制原理

每次灌装每一坩埚时的出料总量，是根据预设的出料量，由称重装置来检测控制的。称重装置是通过支撑在料筒下方的四个(或三个)称重传感器的检测，经系统运算来判断锥形阀打开后粉料流出的重量。当检测到释放出的粉料的重量与上述计算重量一致时，控制系统发出指令，关闭锥形阀。

为了提高定量出料的精度，出料速度就需要降低，而这样又会影响效率。因此，为了提升灌装效率，保证灌装精度，锥形阀可开启的开口大小将是变化的，即出料初期开口较大，出料较快，随着出料量与设定量的逐渐接近，锥形阀开口也逐渐缩小，在最后阶段，锥形阀可以以小开口量开关多次以控制出料精度。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。