【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量調(diào)控裝置及其使用方法。
技術(shù)介紹
1、增材制造區(qū)別于傳統(tǒng)的減材加工方式，主要是通過將三維模型分切為二維圖形，并通過逐層堆積實(shí)現(xiàn)零部件的生產(chǎn)，目前已經(jīng)成為最具發(fā)展前景的制造技術(shù)之一。其中，激光增材制造技術(shù)更是具有加工精度高、制造簡單、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。從制造方式來看，可以將激光增材制造技術(shù)分為選區(qū)熔化成形(slm)和激光熔化沉積(lmd)等，其中激光熔化沉積技術(shù)已用于多種金屬材料的增材制造，具有過程柔性、加工效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)材料填充形式，又可分為送粉式激光增材和送絲式激光增材制造。
2、送粉式激光熔覆增材制造技術(shù)的基本原理是以激光作為熱源，將粉末送至熔池中形成熔覆道，并通過逐層堆積實(shí)現(xiàn)工件成形。其中，在針對(duì)不同尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)件時(shí)，粉末流量是影響沉積效率和加工質(zhì)量最關(guān)鍵的因素之一。因此在制造過程中如何實(shí)現(xiàn)粉末流量的可靠實(shí)時(shí)調(diào)控是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造的核心問題。目前常用的方法是對(duì)送粉器的流量大小進(jìn)行調(diào)控，但采用該方法加工時(shí)響應(yīng)速度極慢，調(diào)節(jié)送粉器后，激光頭噴嘴出粉口的粉末流量需要一段時(shí)間才能達(dá)到目標(biāo)流量，難以滿足粉末流量實(shí)時(shí)控制的迫切需求。因此，開發(fā)激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)控制裝置具有十分重要的工程意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)是要解決目前送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量的調(diào)控方法響應(yīng)速度慢，難以滿足粉末流量實(shí)時(shí)控制的技術(shù)問題，而提供一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置
2、本專利技術(shù)的送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置是由送粉頭1、流量調(diào)控模塊2、電機(jī)控制模塊3、送粉倉4、粉末收集倉5和軸承6組成；
3、所述的送粉頭1的頂部為中軸連接桿1-1，中軸連接桿1-1的上部側(cè)壁設(shè)置第一外螺紋1-1-1；所述的送粉頭1的中部為凸臺(tái)1-5，凸臺(tái)1-5為階梯形結(jié)構(gòu)且上端的直徑大于下端的直徑，凸臺(tái)1-5的上表面靠近外沿均勻設(shè)置一圈多個(gè)粉末導(dǎo)出通道1-2，凸臺(tái)1-5的上表面靠近內(nèi)圈均勻設(shè)置一圈多個(gè)送粉通道1-3，粉末導(dǎo)出通道1-2和送粉通道1-3的數(shù)量相等且相錯(cuò)布置；所述的送粉通道1-3與送粉頭1下部的粉末噴嘴通道1-4連通，粉末噴嘴通道1-4為環(huán)形通道；
4、所述的粉末收集倉5的中心為空心圓環(huán)結(jié)構(gòu)，外圈為環(huán)形結(jié)構(gòu)的粉末收集腔5-2，粉末收集腔5-2的上端為敞口結(jié)構(gòu)，粉末收集腔5-2的外壁5-3高于內(nèi)壁5-5，內(nèi)壁5-5位于圓心一側(cè)設(shè)置有第一內(nèi)螺紋5-4；粉末收集腔5-2的外壁5-3上還設(shè)置有粉末收集口5-1，粉末收集口5-1上設(shè)置有閥門，粉末收集口5-1與粉末收集腔5-2連通；粉末收集倉5設(shè)置在送粉頭1中凸臺(tái)1-5的下部且通過第一內(nèi)螺紋5-4與凸臺(tái)1-5的外側(cè)壁進(jìn)行螺紋連接，粉末導(dǎo)出通道1-2的下端與粉末收集腔5-2連通；
5、所述的送粉倉4的上表面均勻設(shè)置多個(gè)送粉入口4-1，送粉倉4的中心為空心結(jié)構(gòu)且中心的內(nèi)壁設(shè)置第二內(nèi)螺紋4-2，送粉倉4通過第二內(nèi)螺紋4-2與第一外螺紋1-1-1進(jìn)行螺紋連接使得送粉倉4固定在中軸連接桿1-1的外壁上；所述的電機(jī)控制模塊3是由傳動(dòng)齒輪3-1與控制電機(jī)3-2組成，傳動(dòng)齒輪3-1固定在控制電機(jī)3-2的下端，控制電機(jī)3-2設(shè)置在送粉倉4的外壁上；
6、所述的流量調(diào)控模塊2為環(huán)形結(jié)構(gòu)，外側(cè)壁設(shè)置一圈外齒輪2-2，流量調(diào)控模塊2的上下表面之間均勻設(shè)置多個(gè)粉末流量調(diào)節(jié)通道2-1，流量調(diào)控模塊2套在中軸連接桿1-1的外部且與中軸連接桿1-1之間留有空隙，流量調(diào)控模塊2夾在送粉倉4和凸臺(tái)1-5之間，送粉倉4位于上端，流量調(diào)控模塊2與送粉倉4和凸臺(tái)1-5均為滑動(dòng)連接關(guān)系；中軸連接桿1-1的外部還套有軸承6，流量調(diào)控模塊2通過軸承6與凸臺(tái)1-5相連，相對(duì)于凸臺(tái)1-5進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的傳動(dòng)齒輪3-1與外齒輪2-2進(jìn)行嚙合；所述的粉末流量調(diào)節(jié)通道2-1的面積大于送粉通道1-3和粉末導(dǎo)出通道1-2的面積之和；轉(zhuǎn)動(dòng)流量調(diào)控模塊2，當(dāng)送粉通道1-3在粉末流量調(diào)節(jié)通道2-1的內(nèi)側(cè)圓弧中完全漏出時(shí)(如圖3)，粉末導(dǎo)出通道1-2被流量調(diào)控模塊2完全遮擋，所有粉末通過粉末噴嘴通道1-4流出，送入熔池；轉(zhuǎn)動(dòng)流量調(diào)控模塊2，當(dāng)粉末導(dǎo)出通道1-2在粉末流量調(diào)節(jié)通道2-1外側(cè)圓弧中完全漏出時(shí)(如圖9)，送粉通道1-3被流量調(diào)控模塊2完全遮擋，此時(shí)所有粉末通過粉末導(dǎo)出通道1-2流出進(jìn)入粉末收集倉5中，此時(shí)熔池中沒有粉末送入。
7、本專利技術(shù)的送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置的使用方法為：
8、通過控制電機(jī)3-2帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪3-1進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)齒輪3-1與外齒輪2-2進(jìn)行嚙合從而帶動(dòng)流量調(diào)控模塊2進(jìn)行自轉(zhuǎn)(此時(shí)送粉倉4和送粉頭1均不轉(zhuǎn))，改變粉末導(dǎo)出通道1-2和送粉通道1-3在粉末流量調(diào)節(jié)通道2-1中漏出的面積大小，實(shí)現(xiàn)粉末流量的實(shí)時(shí)調(diào)控；
9、送入熔池中粉末的流量pr為：
10、
11、其中p0為最大送入流量，即通過所有的送粉入口4-1送入送粉倉4的總送粉流量；
12、s1為粉末流量調(diào)節(jié)通道2-1與送粉通道1-3重合部分的面積，s2為粉末流量調(diào)節(jié)通道2-1與粉末導(dǎo)出通道1-2重合部分的面積(如圖6)；
13、β為送粉通道1-3的軸線與粉末流量調(diào)節(jié)通道2-1的軸線的夾角(如圖6)，s1和s2在本申請(qǐng)中默認(rèn)屬于已知量，s1和s2與β、粉末流量調(diào)節(jié)通道2-1、送粉通道1-3、粉末導(dǎo)出通道1-2的開口形狀、尺寸，位置關(guān)系等多個(gè)參數(shù)有關(guān)，通過現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法是可以算出的，屬于現(xiàn)有技術(shù)，在本申請(qǐng)中不是專利技術(shù)點(diǎn)。
14、β通過以下公式求得：
15、其中m1為外齒輪2-2的齒數(shù)，m2為傳動(dòng)齒輪3-1的齒數(shù)，θ為控制電機(jī)3-2的轉(zhuǎn)角。
16、粉末收集口5-1起到壓力平衡的作用，用于調(diào)節(jié)粉末收集倉5內(nèi)的壓強(qiáng)，防止粉末倒流。
17、中軸連接桿1-1還用于與激光頭機(jī)械固定。
18、本專利技術(shù)設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崟r(shí)調(diào)控激光熔覆增材制造過程中粉末流量的裝置，可以通過對(duì)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度θ的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)粉末流量的實(shí)時(shí)調(diào)控，為增材制造加工的自動(dòng)化與智能化提供有力支撐。
19、本專利技術(shù)的有益效果：
20、1、本專利技術(shù)提出的用于送粉式激光熔覆增材制造過程粉末流量實(shí)時(shí)控制裝置及方法實(shí)現(xiàn)了激光熔覆增材制造過程中粉末流量的實(shí)時(shí)調(diào)控，響應(yīng)速度快；
21、2、本專利技術(shù)提出的裝置結(jié)構(gòu)完整，可以在實(shí)時(shí)調(diào)控粉末流量的同時(shí)對(duì)多余的粉末進(jìn)行收集(通過粉末收集倉5實(shí)現(xiàn))，避免材料的浪費(fèi)；
22、3、本專利技術(shù)提出的用于送粉式激光熔覆增材制造過程粉末流量實(shí)時(shí)控制裝置及方法可以從粉末流量的角度來拓展制造工藝。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置是由送粉頭(1)、流量調(diào)控模塊(2)、電機(jī)控制模塊(3)、送粉倉(4)、粉末收集倉(5)和軸承(6)組成；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的控制電機(jī)(3-2)為步進(jìn)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的軸承(6)為滾動(dòng)軸承。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的傳動(dòng)齒輪(3-1)與外齒輪(2-2)的模數(shù)為1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的傳動(dòng)齒輪(3-1)與外齒輪(2-2)的傳動(dòng)比為19:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的控制電機(jī)(3-2)通過編碼器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。
7.根據(jù)權(quán)利要求
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的送粉末導(dǎo)出通道(1-2)共有20個(gè)，直徑為11mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的送粉通道(1-3)共有20個(gè)，直徑為10mm。
10.如權(quán)利要求1所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置的使用方法，其特征在于送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置的使用方法為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置是由送粉頭(1)、流量調(diào)控模塊(2)、電機(jī)控制模塊(3)、送粉倉(4)、粉末收集倉(5)和軸承(6)組成；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的控制電機(jī)(3-2)為步進(jìn)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的軸承(6)為滾動(dòng)軸承。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的傳動(dòng)齒輪(3-1)與外齒輪(2-2)的模數(shù)為1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種送粉式激光熔覆增材制造過程中粉末流量實(shí)時(shí)調(diào)控裝置，其特征在于所述的傳動(dòng)齒輪(3-1)與外齒輪(2-2)的傳動(dòng)比為...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李俐群，郭鵬飛，彭銳茜，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。