毕业设计(论文)-激光熔覆送粉器设计.docx
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1、本科毕业设计(论文)题目:激光熔覆送粉器设计激光熔覆送粉器设计摘要激光熔覆技术是一种新兴的材料加工与表面改性技术,该技术可以在低成本钢上制成高性能表面,代替大量的高级合金,以节约员重、稀有的战略金属,提高材料的综合性能,实现对重大零件的快速绿色修复再制造.送粉器是激光熔覆系统中重要的部分之一,送粉器性能的好坏直接影响熔检房的侦量和加工零件尺寸等,所以开发而性能的送粉器时激光熔覆加工显得尤为重要。本课题主要困绕为了满足获得较薄熔覆层的需要,设计并制作了一种多仓鼓轮可调式送粉器,喷喷采用同轴微量式,它具有送粉速度较小且可调、送粉同步均匀、粉末利用率高、稔定性好等特点,对激光熔他技术的实际应用具有一
2、定的实用价值.首先,按照激光焰物送粉喷嘴的功能要求,综合机械设计的相关理论知识,对其结构进行创新设计,并利用W维制造软件SC1.idwOrkS绘制出r一种装配结构的激光熔覆送粉喷嘴的参数化几何模型。其次,是按照多仓式送粉器的功能要求,综合相关资料,对其结构进行创新设计,并利用三维制造软件So1.idworks绘制出一种装配结构的激光熔覆多仓鼓轮式送粉器的参数化几何模型。关健司t激光熔泄;同步送粉;同轴送粉;矩形喷嘴1.aserC1.addingPowderFeederDesignAbStraCt1.aserc1.addingtechno1.ogyisanemergingtechno1.ogym
3、ateria1.sprocessingandsurfaceniodificationZI1.iistechniquecanbemadein1.ow-costhigh-performancestee1.Surfacc1Instcadofa1.argenumberofhigha1.1.oy.inordertosaveprccious.rarcstrategicmcta1.s.ImprovctheovendIperformanceofthema1.cria1.Achieveasignificantpartoftherapidrestorationofgreenrcmanufacturing.Powd
4、erfeeding1.aserc1.addingsystemisoneoftheimportantpart,Powderfeederperfo11nancehasadirectimpactonhequa1.ityofthec1.adding1.ayerandprocessingpartsizeetc.herefore.thedeve1.opmentofhigh-performancePoWderfeederfor1.aserc1.addingprocessisparticu1.ar1.yimportant.Themaintopictogetaroundinordertomeettheneeds
5、ofthinc1.addingIaycnDesignandPr(KkICtiOnofamu1.ti-positionadjustab1.ed1111npowderIccdcnMicrocoaxia1.nozz1.etype.Ithasasma1.1.powderfeedrateandadjustab1.e,powdersyncniform.highuti1.izationofpowdcr.goo20不可控螺旋式机械力学干、15可控转盘划板式机械力学干勃20可控毛细管重力杨干粉0.4不可控消磨针式气体力+机械力干、湿1.2不可控转刷式摩擦力学干黝0.65可拄在同轴送粉喷端的研究方面,美国联合技术
6、研究中心在1979年已将fw向送粉的方式运用丁,激光熔泄,但鉴于侧向送粉的粉末各向异性,不能满足日益发展的激光熔髓制造与研究,因此西方发达国家的研窕机构开始高度重视同轴送粉喷嘴的研究。1.ENS工艺研究了一种环形同轴送粉喷嘴,首次将同轴送粉喷嘴应用于金属零件的激光快速成形。1.aSform成形工艺、D1.F成形工艺和DMD成形工艺等均采用了环形同轴送粉喷嘴。以上几种喷嘴的组成结构均为多层同心锥筒设计,结构上有轴光束通道、粉末通道、冷却水管路和保护气通道,粉末流采用多路垂直方式进入,在靠近喷嘴的端部设计有冷却装置,结构如图1.5所示。15环形同轴送粉喷嘴目前,国内设计应用的同轴送粉喷嘴结构和国外
7、的结构相似,均为多路环向送粉,以气体保护回路和水冷却回路作为辅助结构,由于国内的研究较晚,与国外送粉系统相比在自动化水平和工艺水平等方面还有较大的差距。15本文主要研究的内容及其意义激光熔覆技术,是激光直接快速成形和激光绿色再制造的一种重要方法,它是在快速凝固过程中,通过送粉器向工作区域添加箱没材料,利用I高能址密度激光束将不同成分和性能的合金快速熔化,直接堆枳形成非常致密的金网零件和在已损坏零件表面形成与零件具有完全相同成分和性能的合金层。通过激光熔覆,可以无需借助刀具和模具就能从CAD文件直接制造出各种复杂的近净致密金属零件和在已经损坏的零件表面直接进行修复和再制造,以缩短开发周期,节约成
8、本,降低能源消耗,在航空航天、武器制造、汽车石油和机械电子等行业具有乩好的应用前景在激光同步送粉熔覆匚名中,加工质房主要依赖的参数有:加工速度、粉末单位时间输送率、激光功率密度分布、光斑直径和粉末的输送速度;其中粉末单位时间输送率和粉末的输送速度是由送粉器的输送特性决定的,送粉器是激光熔凝技术中的核心元件之一,它按照加工工艺向激光熔池输送设定好的粉末。送粉器性能的好坏直接影响熔覆乂的质量和加工零件尺寸等,所以开发高性能的送粉器对激光熔覆加工显得尤为重耍,2激光熔覆送粉装置的设计本文基于D1.igh1.40(M)高功率半导体激光疑的接口进行同轴送粉装巴的结构设计,激光器的最大功率4KW,激光器焦
9、距为300mm,加工时激光聚焦后的光现为6.8X298mm2的矩形。光路系统的示意图如图2.1所示。图2.1激光循泓光路示意图2.1 设计依据2.1.1 多仓式的设计依据激光熔覆送粉装置是为激光加工提供原料,它主要实现的功能就是均匀定量的输出一种或多种合金粉末,由于基材的不同而需要多种金属粉末混合起来使用,古采用多仓试的送粉装为,可以减少人工的参与、混合均匀等优点。其结构有一下几个设计要点:a.在设计多仓式要考虑粉末的储存址,确保平时每次加工的原材料够用,而不用在加工的过程中再次上料。b.工作时要考虑粉末在输送的流畅性能,不会出现堵塞、挤压成块的现彖。c.每次取粉时保证粉勺能够装满,均匀的输送
10、粉末,最后能够把勺里的粉末依靠自身的全力和窗心力的作用下完全送出去。2.1.2 鼓轮式送粉方式的设计依据现有的送粉方式有:螺旋式送粉器、转盘式送粉落、刮板式送粉器、毛细管式送粉器、鼓轮式送粉器等。用刮或挤的方法对粉末进行取粉,再用气流沿管路送到工件表面。此类装置存在以下缺陷:a.是由丁熔覆粉料受送粉机构的挤压、摩擦,会使粉料结粒,堵塞出粉口,造成送粉不均匀,直接影响涂敷质量.b.是由于送料采用气流输送方式,控制不好,熔覆粉料容易被输送气流吹跑、吹敢、吹不到位等,既影响熔覆质量,又浪费了粉料,同时还膨响或污染了环境.为了能够使激光焰法得到而质量的效果,本课题设计要解决的技术问题是针对上述技术的不
11、足,提供种更为简单、有效和可调节的送粉装置,它具有送粉均匀,保证质员,粉末利用率高,不污染环境等诸多优点。设计种同步式送物的激光熔覆送粉器.2.1.3 给未输送的机理多仓式同步送粉激光熔覆送粉器的粉末输送机理是,首先将准备好的粉末装在粉斗内,通过本身的自重,粉斗内的粉末通过输料管储存在粉槽内,将粉槽装满,且同时可以将两种不同的粉末同时输送,通过分别控制步进电机的转速,并且可以严格的按照一定的比例混合起来,大大提高了人工搅拌的不均匀现象,减少人力,节约加工成本。一方面,粉沫是在轮较式送粉轮的一侧堆积,且粉沫堆积的上方为自由空间,以及送粉轮匀速转动和由下而上的取粉方式,可以避免或减少了对粉料的挤压
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