一种用于调节激光熔覆预置粉层厚度的压平装置技术领域
本发明涉及工装夹具/模具的设计领域，特别涉及一种用于调节激光熔覆
预置粉层厚度的压平装置。
背景技术
激光熔覆技术是利用高能密度激光束将具有不同成份、性能的合金与基材
表面快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成份和性能的合金层的
快速凝固过程，是一种重要的激光表面改性技术。该技术常用的供粉方是将
混合好的粉末预置在试样表面，主要包括直接预置，冷压预置，粘接预置，
喷涂预置等方法。直接预置可以通过预制凹槽控制预置粉层厚度，但因粉体
中含有较多的空气，因此涂层中易形成气孔、氮化物和氧化物等杂质；冷压
预置是用压力机将粉体压成一定厚度的片状，可以排除粉体中的大部分气体，
提高涂层质量，但预置粉片的厚度受粉体流动性影响，常存在厚度不均匀现
象；粘结预置是用粘结剂将粉体调制呈糊状，在涂刷在基体表面烘烤后进行
熔覆，粘结剂的存在会影响涂层的质量，而预置厚度均匀性受涂刷技术影响
较大；喷涂预置需要在喷涂机进行喷涂预置，成本较高。
预置粉层的铺粉工艺一般为手工铺粉，存在铺粉厚度的均匀性，一致性难
以保证的缺点。目前采用的多是用油压机将试样表面压平，但该方法往往采
用专门的机械设备，同时产生的压力较大，会使试样及粉体产生很大的变形
量。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种用于调节激光熔覆预置粉
层厚度的压平装置，具有体积小、易于携带而且能够达到冷压效果等特点。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于调节激光熔覆预置粉层厚度的压平装置，其特征在于，包括门
框形支架、底座、压模和螺杆；
所述门框形支架的顶部横梁的中心开有螺纹孔，螺纹孔周围刻有以螺纹
孔圆心为中心的20条刻度线，两侧的竖板上开有对称且开口相对的竖直滑槽，
其中一侧竖板上与竖直滑槽相邻的一侧面上刻有最小刻度1mm且总长20mm
的刻度尺；
所述底座安装在门框形支架内，底座的底面与门框形支架的底面齐平，
上平面与刻度尺的底端对齐；
所述压模包括下模和盖合在下模上的压盖，所述压盖的顶部中心开有可
供螺杆穿过的通孔，所述下模自其侧壁向外水平凸伸出一对对称的滑块；
所述螺杆的底部设有直径大于压盖上通孔直径的压头，其顶部刻有标记
刻线，螺杆上的外螺纹与螺纹孔的内螺纹相匹配；
所述下模上的一对滑块嵌入门框形支架的竖直滑槽内，螺杆的压头放置
在下模上，通过压盖与下模的盖合将螺杆固定在下模上，螺杆依次自压盖的
通孔和门框形支架的螺纹孔中伸出，将压模固定在底座上方的门框形支架内；
螺杆通过在螺纹孔中的旋转进行上下移动，进而带动压模沿门框形支架的竖
直滑槽作上下移动。
其中，所述压盖将螺杆固定在下模上后，螺杆的压头与压盖之间保留
0.1mm的间隙。
其中，所述螺杆伸出螺纹孔的部分装有旋转手柄，所述底座的侧壁上装
有固定手柄，通过旋转手柄、固定手柄及螺杆使压模和底座间的试样受压。
其中，本压平装置通过改变螺杆顶部的标记刻线与螺纹孔周围刻度尺的
相对位置，并结合门框形支架侧板上的刻度尺调节压模与底座之间的距离。
其中，所述底座自其侧壁凸伸出一对对称的连接块，所述一对连接块对
应嵌入门框形支架的一对竖直滑槽内，并通过螺钉与门框形支架进行固连。
本发明的有益效果为：
1)铺粉厚度可在本装置最大设计厚度内连续可调，精度可达0.1mm甚
至更低，有助于分析铺粉厚度与冷压载荷、冷压时间，进而与激光辐射功率、
速度等参数之间的关系，实现对铺粉厚度的优化。
2)本装置可在冷压时限制粉层在基体材料铺粉面上滑动，避免其沿与铺
粉面平行的方向滑出压力区，提高了冷压粉层厚度和致密度的均匀性。
3)本装置可适用于各种底座直径范围内的各类形状尺寸，同时不改变铺
粉的精度。
4)本装置结构简单，易于操作，适用性强，维护简便，特别是适合实验
室的工艺研究实验。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中门框形支架的正视局部剖面图。
图3是本发明中门框形支架的侧视剖面图。
图4是本发明中底座的俯视局部剖面图。
图5是本发明中底座的侧视图。
图6是本发明中压模的正视剖面图。
图7是本发明中压模的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种用于调节激光熔覆预置粉层厚度的压平装置，包括门
框形支架1、底座2、压模3和螺杆4。
如图2和图3所示，门框形支架1的顶部横梁的中心开有螺纹孔11，在
螺纹孔11周围刻有以螺纹孔11圆心为中心的20条放射状的刻度线13。门
框形支架1两侧的竖板上开有对称且开口相对的竖直滑槽12，其中一侧竖板
上与竖直滑槽12相邻的一侧面上刻有最小刻度1mm且总长20mm的刻度尺
14。
如图6和图7所示，底座2自其侧壁凸伸出一对对称的连接块21，所述
一对连接块21对应嵌入门框形支架1的一对竖直滑槽12内，并通过螺钉与
门框形支架1进行固连。底座2安装在门框形支架1内后，其底面与门框形
支架1的底面齐平,上平面与刻度尺14的底端对齐。
如图4和图5所示，压模3包括下模31和盖合在下模31上的压盖32，
所述压盖32的顶部中心开有可供螺杆4穿过的通孔321，所述下模31自其
侧壁向外水平凸伸出一对对称的滑块311。螺杆4的底部设有直径大于压盖
32上通孔321直径的压头41，其顶部刻有标记刻线42，螺杆4上的外螺纹
与螺纹孔11的内螺纹相匹配。
下模31上的一对滑块311嵌入门框形支架1的竖直滑槽12内，螺杆4
的压头41放置在下模31上，通过压盖32与下模31的盖合将螺杆4固定在
下模31上，螺杆4依次自压盖32的通孔321和门框形支架1的螺纹孔11
中伸出，将压模3固定在底座2上方的门框形支架1内。螺杆4通过在螺纹
孔11中的旋转进行上下移动，进而带动压模3沿门框形支架1的竖直滑槽
12作上下移动。本装置通过改变螺杆4顶部的标记刻线42与螺纹孔11周围
刻度尺13的相对位置，并结合门框形支架1侧板上的刻度尺42调节压模3
与底座2之间的距离。
为了使螺杆4的压头可在压模内自由旋转，在压盖32将螺杆4固定在下
模31上后，螺杆4的压头41与压盖32之间保留0.1mm的间隙。
为方便对试样进行施压，本装置在螺杆4伸出螺纹孔11的部分装有旋转
手柄5，在底座2的侧壁上装有固定手柄6，通过旋转手柄5、固定手柄6及
螺杆4使压模和底座间的试样受压。
本装置使用前，通过旋转螺杆4将压模4调整到门框形支架1内的顶端
位置。
使用时，在基体试样表面预置粉层，粉层厚度略高于要求的厚度，然后
将基体试样置于底座2上，并通过固定手柄6将底座进行固定；接着，通过
旋转手柄5转动螺杆4，使压模3向下移动，通过观察门框形支架1竖板侧
面的刻度尺14和螺杆4顶部的标记刻线42的位置，使压模3下降至指定位
置将试样表面压实，即可得到所要求厚度的平整粉层。
本装置中，铺粉厚度的精度由螺杆4的螺距决定。而铺粉厚度的控制通
过将螺杆4旋转适当的角度实现，铺粉厚度在最大厚度之内连续可调。铺粉
最大厚度取决于螺杆4上的螺纹长度、门框形支架1中顶部横梁的高度以及
基体试样的厚度。
本装置中，门框形支架1顶部的螺纹孔周围360°设有20根刻度线13，
这样螺杆4顶部的标记刻线42每旋转一个单位刻度，压模则移动0.05mm，
根据螺杆4顶部的标记刻线42和门框形支架1顶部横梁上的刻度线13的相
对位置，再结合门框形支架1竖板侧面的刻度尺14可以估算出下模31与底
座2之间的距离。
这里，再以欲在直径50mm，厚度10mm的圆片状试样上预置厚度为1
±0.1mm的金属粉末为例，对本装置的使用作进一步说明。首先将试样置于底
座2上，通过旋转手柄5旋转螺杆4，使压模3中的下模接触试样的上表面，
记录下标记刻线42与门框形支架1顶部横梁上的刻度线13的相对位置。接
着，反向旋转螺杆4，使标记刻线42旋转两周后，取下试样，将粉末混合后
涂于试样表面，其厚度控制在1.5mm左右，并将试样再次置于底座2之上。
然后，再次旋转螺杆4，旋转方向同首次，使标记刻线42旋转一周后再旋转
门框形支架1顶部横梁上的刻度线13标记的二个刻度单位，考虑螺杆4底部
的压头41与压盖32间留有0.1mm间隙，在静止干燥后反向旋转螺杆4抬高
压头41，即可得到厚度1±0.1mm的平整粉末层。