一種激光粉末加工旁軸送粉工作頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其包括：粉氣分離器、粉氣輸入腔、快插接頭、粉末匯聚腔、第一粉末輸送管、加工氣輸入腔、加工氣匯聚件、加工氣輸入接頭、固定架、第二粉末輸送管、第三粉末輸送管、粉末噴嘴。其中，加工氣匯聚件為逐漸縮小漏斗形零件，節(jié)流閥用于輸出由送粉機(jī)輸入的載粉氣，其前端置有不銹鋼絲網(wǎng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了金屬粉末和輸粉載氣的分離，一方面降低了金屬粉末由噴嘴流出速度，保證粉末輸送量的穩(wěn)定性，從而滿足激光熔敷等激光粉末加工過(guò)程中粉末輸出量穩(wěn)定的要求；另一方面從加工氣輸入接頭處輸入不同與載粉氣的氣體，既起到保護(hù)加工件的目的，同時(shí)還能夠協(xié)助調(diào)解送粉噴嘴噴出粉末的流速，更好地控制加工效果。
【專利說(shuō)明】一種激光粉末加工旁軸送粉工作頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種激光粉末加工旁軸送粉工作頭。
【背景技術(shù)】
[0002]激光加工具有非接觸、易操作、高柔性、高效率、高質(zhì)量與節(jié)能等突出優(yōu)點(diǎn)。激光熔敷技術(shù)是利用高能量密度的激光束輻照，通過(guò)迅速熔化、擴(kuò)展和凝固，在基體材料表面熔敷一層具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的材料，構(gòu)成一種新的復(fù)合材料，以彌補(bǔ)基體材料所缺少性能?？梢愿鶕?jù)加工工件的要求，制備耐熱、耐腐蝕、耐磨等性能的涂覆層，使材料具備常規(guī)處理所無(wú)法獲得的性能。
[0003]采用激光熔敷技術(shù)可以根據(jù)工件需要，涂覆不同厚度的熔覆層，其前提條件是準(zhǔn)確的控制熔敷過(guò)程粉末的輸送量，同時(shí)粉末由噴嘴噴出的速度對(duì)涂覆層的質(zhì)量有較明顯的影響，因此，選擇合適的激光熔敷送粉工作頭非常的重要。
[0004]目前激光熔敷使用的送粉頭大多是一根傾斜45°使用的金屬導(dǎo)管與噴嘴相連，粉末由送粉機(jī)、輸粉管送出后，直接由粉末噴嘴輸出。該送粉工作頭送粉量與粉末流出速度均無(wú)法得到精確控制。部分具有粉氣分離功能的送粉工作頭僅是在直連送分管的基礎(chǔ)上稍作改動(dòng)獲得，即在金屬送粉管一端設(shè)置一個(gè)較大的錐形腔，在腔側(cè)面設(shè)置放氣調(diào)節(jié)螺釘。該方法可以將金屬粉末和粉末輸送氣分離，排出粉末載氣，降低粉末由噴頭噴出的流速，有利于獲得高的熔敷質(zhì)量；由于旁軸送粉工作頭一般是傾斜45°使用，所以粉末在與載氣分離后，有部分粉末會(huì)存積在粉末錐形送粉管的底部，如果這部分積粉不能及時(shí)排出，長(zhǎng)時(shí)間的粉末積存會(huì)造成粉末輸出的突然增多或者堵塞送粉管，將影響涂覆層質(zhì)量。另外，由于粉氣分離腔空間較送粉管大許多，粉末由 粉氣分離腔進(jìn)入送粉管時(shí)，會(huì)造成粉末的輸出量與送粉機(jī)的粉末輸出量不同，造成熔敷層性能的不連續(xù)、不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種激光粉末加工旁軸送粉工作頭。
[0006]本發(fā)明提供的激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其包括粉氣分離部分和粉末匯聚再輸送部分；
[0007]所述粉氣分離部分包括:粉氣分離器、粉氣輸入腔、快插接頭；所述粉氣分離器為中空形狀，其與粉氣輸入腔同心連接，其一端設(shè)置有排氣孔，用于將從快插接頭輸入的粉氣混合體中的載氣排出，粉末通過(guò)粉氣輸入腔進(jìn)入粉末匯聚再輸送部分；粉氣輸入腔為帶直角切邊的類圓柱形空心結(jié)構(gòu)，快插接頭位于其直角切邊上，用于輸入粉氣混合體；
[0008]所述粉末匯聚再輸送部分包括:粉末匯聚腔、第一粉末輸送管、加工氣輸入腔、加工氣匯聚件、加工氣輸入接頭、粉末輸送部分；其中:粉末匯聚腔一端與粉氣輸入腔相連，另一端與加工氣輸入腔的第一端和第一粉末輸送管的第一端同軸心相連；第一粉末輸送管和加工氣匯聚件位加工氣輸入腔內(nèi)部，加工氣匯聚件為漏斗形結(jié)構(gòu)，第一粉末輸送管的第二端深入到所述加工氣匯聚件漏斗形底部，與所述加工氣匯聚件漏斗形底部的通粉孔保持一定距離，加工氣輸入接頭固定在加工氣輸入腔的側(cè)面，用于輸入加工氣；加工氣輸入腔第二端與粉末輸送部分連接。
[0009]其中，所述排氣孔由節(jié)流閥構(gòu)成。
[0010]其中，所述粉末分離器由節(jié)流閥、密封端帽、不銹鋼絲網(wǎng)以及螺紋壓環(huán)組成；所述密封端帽為同心圓柱形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，節(jié)流閥通過(guò)其直徑較大的圓柱頂端固定在密封端帽中心，且直徑較小的底端通過(guò)螺紋壓環(huán)固定有不銹鋼絲網(wǎng)；粉氣分離器通過(guò)密封端帽直徑較大的頂端上的階梯通孔與粉氣輸入腔連接，而直徑較小的底端深入粉氣輸入腔內(nèi)部。
[0011]其中，所述密封端帽直徑較小的底端延伸至快插接頭的輸入口的下邊線，快插接頭輸入口在粉氣輸入腔上部但其軸線不與粉氣分離器的軸線相交而是存在一定距離。
[0012]其中，所述粉末輸送部分包括第二送粉管、第三送粉管和送粉噴嘴，它們依次連接，且第二送粉管的一端與所述加工氣輸入腔第二端相連。
[0013]其中，其還包括固定支架，其內(nèi)部設(shè)置有階梯孔，公裝配好的送粉工作頭穿過(guò)，外部設(shè)有螺紋孔，以將送粉工作頭固定在其他設(shè)備上。
[0014]其中，所述粉末匯聚腔內(nèi)部設(shè)置有漏斗形結(jié)構(gòu)，用于匯聚粉末，其外部為圓柱結(jié)構(gòu)，漏斗直徑較大的一端與粉氣輸入腔連接，直徑較小的一端與加工氣輸入腔和第一粉末輸送管同軸心連接。
[0015]其中，所述加工氣匯聚件漏斗形結(jié)構(gòu)底部具有通粉孔，其漏斗形底部固定連接在加工氣輸入腔第二端內(nèi)部。
[0016]其中,粉氣輸入腔、粉末匯聚腔、第一粉末輸送管、加工氣輸入腔、加工氣匯聚件、第二粉末輸送管、第三粉末輸送管及送粉噴嘴的安裝軸線重合。
[0017]其中，所述不銹鋼絲網(wǎng)目數(shù)根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
[0018]本發(fā)明的激光熔敷旁軸送粉工作頭由于采用了以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)
[0019]由于粉氣輸入口軸線與粉氣輸入腔的軸線不相交而是存在一定距離，且粉末進(jìn)入粉氣分離腔后會(huì)撞上密封帽下端圓柱，這有利于粉末進(jìn)入粉氣分離腔后的均布，保證送粉的連續(xù)性。
[0020]由于設(shè)置了帶有不銹鋼絲網(wǎng)的粉氣分離器，使得粉氣混合體進(jìn)入粉氣輸入腔后載氣排出，可以降低粉末流速，有利于提高熔敷工藝質(zhì)量。
[0021]由于粉氣輸入腔輸粉管末端與加工氣匯聚器匯聚口距較小，防止加工氣對(duì)粉氣分離后的粉末柱產(chǎn)生擾動(dòng)，有利于熔敷質(zhì)量。
[0022]由于設(shè)置了加工氣輸入口及匯聚器，可以在加工過(guò)程中加入所需的不同于載氣類型的氣體，有利于精確控制粉末流速，同時(shí)還能夠滿足加工氣的輸入，提高熔敷質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明中激光粉末加工旁軸送粉工作頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明中粉氣分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明中粉氣輸入腔結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4是本發(fā)明中加工氣輸入腔結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]圖1示出了本發(fā)明提出的激光粉末加工旁軸送粉工作頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所不，該工作頭包括粉氣分離器1、粉氣輸入腔2、快插接頭3、粉末匯聚腔4、第一粉末輸送管5、加工氣輸入腔6、加工氣匯聚件7、加工氣輸入接頭8、固定架9、第二粉末輸送管10、第三粉末輸送管11以及粉末噴嘴12。
[0029]圖2示出了本發(fā)明中粉氣分離器I的結(jié)構(gòu)示意圖。所述粉氣分離器I包括節(jié)流閥13、密封端帽14、不銹鋼絲網(wǎng)15、螺紋壓塊16以及密封O圈18。密封端帽14為同心圓柱形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，其中直徑較大的圓柱端為頂端，直徑較小的圓柱形凸臺(tái)為低端，且密封端帽14為中空形狀，節(jié)流閥13通過(guò)該頂端底部的M5螺紋固定在密封端帽14頂端中心，密封端帽14頂端設(shè)有4個(gè)02.7的階梯通孔17，通過(guò)該四個(gè)通孔17，密封端帽14頂端通過(guò)4個(gè)M2.5的螺釘固定在粉末輸入腔2上，密封端帽14與粉氣輸入腔2之間設(shè)有與端帽同心的密封O圈18進(jìn)行密封。在密封端帽14的底端頂部設(shè)有M8螺紋孔，螺紋底部為一平臺(tái)，平臺(tái)中心有0 3通孔，平臺(tái)上放置不銹鋼絲網(wǎng)15，螺紋壓塊16為0 10空心圓柱結(jié)構(gòu)，一端設(shè)有M8外螺紋，螺紋壓塊16與密封端帽14底端的M8螺紋孔配合，將不銹鋼絲網(wǎng)15壓緊，達(dá)到排氣時(shí)過(guò)濾粉末的目的。
[0030]圖3示出了本發(fā)明中粉氣輸入腔的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，所述粉氣輸入腔2為帶直角切邊的類圓柱型空心結(jié)構(gòu)，在其直角切邊上設(shè)置Rcl/8管螺紋26與快插接頭3螺紋連接，管螺紋26的軸線與粉氣輸入腔2軸線相互垂直并維持一定距離，這樣設(shè)置的目的是約束輸入的粉氣混合物的流向，均勻輸入到粉氣分離腔20的粉氣混合物。在粉氣輸入腔2頂端設(shè)置與內(nèi)空心圓同軸心的0 1 0通孔28，在通孔28外圍設(shè)置4個(gè)軸對(duì)稱的M2.5螺紋孔27，通孔28以及M2.5螺紋孔27將粉氣輸入腔2與密封端帽14同軸心連接起來(lái)。
[0031]快插接頭3為帶有RC1/8外管螺紋的快插接頭，快插拔端可插入0 ?軟管輸入粉氣混合體。
[0032]粉末匯聚腔4內(nèi)部設(shè)置漏斗型結(jié)構(gòu)，用于匯聚粉末，其外部為圓柱結(jié)構(gòu)，漏斗直徑較大的一端為上端，也就是粉氣流入端，直徑較小的一端為下端，即粉氣流出端，兩端都置有螺紋分別與粉氣輸入腔2以及加工氣輸入腔6和第一粉末輸送管5同軸心連接。
[0033]粉氣分離器1、粉氣輸入腔2、快插接頭3、粉末匯聚腔4構(gòu)成了粉氣分離腔20。
[0034]粉末匯聚腔4、第一粉末輸送管5、加工氣輸入腔6以及加工氣匯聚件7構(gòu)成了粉末再整流腔21。
[0035]第一粉末輸送管5為一端帶有螺紋的招管,用于輸送粉末；帶有螺紋的一端通過(guò)螺紋與粉末匯聚腔4的下端內(nèi)螺紋同軸心連接，沒(méi)有螺紋的一端管壁逐漸變薄，并深入加工氣匯聚件7漏斗形內(nèi)部的底端，由于第一粉末輸送管5的外徑大于加工氣匯聚件7漏斗形結(jié)構(gòu)底部的通粉孔，因此務(wù)必保證第一粉末輸送管5下端不與加工氣匯聚件7內(nèi)壁接觸并保留一定距離，其目的是防止從加工氣輸入接頭8輸入的加工氣經(jīng)加工氣匯聚腔匯聚后流動(dòng)受阻。
[0036]圖4示出了本發(fā)明中加工氣輸入腔結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，加工氣輸入腔6為兩端帶螺紋的空心圓柱形結(jié)構(gòu)，兩端直徑不同，直徑較大的一端設(shè)有M20內(nèi)螺紋并與粉末匯聚腔4下端的外螺紋同心連接，直徑較小的一端設(shè)有M12外螺紋并與第二粉末輸送管10內(nèi)螺紋配合連接，同時(shí)M12外螺紋端設(shè)有M8內(nèi)螺紋，通過(guò)M8內(nèi)螺紋加工氣輸入腔6與加工氣匯聚件7連接，加工氣匯聚件7位于加工氣輸入腔6內(nèi)，加工氣輸入腔6的側(cè)面設(shè)有一個(gè)M5螺紋孔，M5螺紋孔軸線與加工氣輸入腔6軸線相交，通過(guò)M5螺紋孔固定有加工氣輸入接頭8，加工氣輸入接頭8為一個(gè)帶有M5螺紋的接頭，可接0 4軟管輸入加工氣。 [0037]加工氣匯聚件7為漏斗型結(jié)構(gòu)，其較細(xì)的一端設(shè)有M8外螺紋與加工氣輸入腔6直徑較小一端的內(nèi)部固定連接，其作用是匯聚經(jīng)加工氣輸入接頭8輸入的加工氣從而達(dá)到匯聚粉末的作用。該處由第一粉末輸送管5輸入的粉末進(jìn)入加工氣輸入腔6,而另一類加工氣經(jīng)加工氣輸入接頭8也進(jìn)入加工氣輸入腔6，為了防止另一類加工氣對(duì)粉末匯聚情況的影響而又要使加工氣融合到粉末了，所以設(shè)計(jì)了這類結(jié)構(gòu)。
[0038]第二送粉管10為空心圓柱結(jié)構(gòu)，其兩端分別設(shè)有M12與M8螺紋孔，M12螺紋孔一端與加工氣輸入腔6連接，M8螺紋孔一端與第三送粉管11連接，第三送粉管11也是空心圓柱結(jié)構(gòu)，其兩端分別設(shè)有M8內(nèi)螺紋與M8外螺紋，M8外螺紋一端與第二送粉管10連接，M8內(nèi)螺紋一端與粉末噴嘴12連接。
[0039]粉末噴嘴12為圓柱形結(jié)構(gòu)，其一端為M8外螺紋，另一端設(shè)有倒角，內(nèi)部設(shè)有通孔，在M8外螺紋一端通孔呈漏斗狀設(shè)置，另一端根據(jù)加工需要可制作0 1.5至0 3不等的通孔。
[0040]固定件9為方形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)有階梯孔供裝配好的送粉頭穿過(guò)，外部設(shè)有M3螺紋孔可方便的將該送粉頭固定于其他設(shè)備之上進(jìn)行激光加工。
[0041]所述旁軸送粉加工頭的粉氣輸入腔2、粉末匯聚腔4、第一粉末輸送管5、加工氣輸入腔6、加工氣匯聚件7、第二粉末輸送管10、第三粉末輸送管11及送粉噴嘴12的安裝軸線重合。
[0042]本發(fā)明激光粉末加工旁軸送粉工作頭的工作過(guò)程和原理可以結(jié)合圖1說(shuō)明如下:由送粉機(jī)輸出的粉氣混合體經(jīng)快插接頭3進(jìn)入粉氣輸入腔2，由于快插頭3的軸線與粉氣輸入腔2的軸線垂直且保持一定的距離，使得粉氣混合體進(jìn)入粉氣分離腔20時(shí)切向撞上與粉氣輸入腔2同軸心的密封端帽14中插入粉氣輸入腔2內(nèi)部的圓柱面，由于粉氣分離器I整個(gè)是中空且兩端具有開(kāi)口的結(jié)構(gòu)，因此部分粉末載氣進(jìn)入粉氣分離器I上螺紋壓塊16端的開(kāi)口后由節(jié)流閥I排出，粉末經(jīng)粉末匯聚腔4匯聚后經(jīng)第一粉末輸送管5進(jìn)入加工氣匯聚腔7，在加工氣匯聚腔7的漏斗形結(jié)構(gòu)底部粉末與經(jīng)加工氣輸入接頭8輸入到加工氣匯聚腔6并經(jīng)加工氣匯聚件7整流的部分加工氣混合后經(jīng)第二粉末輸送管10、第三粉末輸送管11后由粉末噴頭12噴出。由于節(jié)流閥排出了部分載氣使得由噴嘴噴出粉末速度便于控制調(diào)節(jié)，同時(shí)由于粉末在加工頭內(nèi)被干擾后重新匯聚，使得由噴嘴噴出粉末更加均勻，有利于加工工藝質(zhì)量的控制和提高。
[0043]所述密封端帽中采用不銹鋼絲網(wǎng)目數(shù)根據(jù)使用粉末合理選擇。
[0044]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其包括粉氣分離部分和粉末匯聚再輸送部分； 所述粉氣分離部分包括:粉氣分離器、粉氣輸入腔、快插接頭；所述粉氣分離器為中空形狀，其與粉氣輸入腔同心連接，其一端設(shè)置有排氣孔，用于將從快插接頭輸入的粉氣混合體中的載氣排出，粉末通過(guò)粉氣輸入腔進(jìn)入粉末匯聚再輸送部分；粉氣輸入腔為帶直角切邊的類圓柱形空心結(jié)構(gòu)，快插接頭位于其直角切邊上，用于輸入粉氣混合體； 所述粉末匯聚再輸送部分包括:粉末匯聚腔、第一粉末輸送管、加工氣輸入腔、加工氣匯聚件、加工氣輸入接頭、粉末輸送部分；其中:粉末匯聚腔一端與粉氣輸入腔相連，另一端與加工氣輸入腔的第一端和第一粉末輸送管的第一端同軸心相連；第一粉末輸送管和加工氣匯聚件位加工氣輸入腔內(nèi)部，加工氣匯聚件為漏斗形結(jié)構(gòu)，第一粉末輸送管的第二端深入到所述加工氣匯聚件漏斗形底部，與所述加工氣匯聚件漏斗形底部的通粉孔保持一定距離，加工氣輸入接頭固定在加工氣輸入腔的側(cè)面，用于輸入加工氣；加工氣輸入腔第二端與粉末輸送部分連接。
2.如權(quán)利要求1所述的激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其特征在于，所述排氣孔由節(jié)流閥構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其特征在于，所述粉末分離器由節(jié)流閥、密封端帽、不銹鋼絲網(wǎng)以及螺紋壓環(huán)組成；所述密封端帽為同心圓柱形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，節(jié)流閥通過(guò)其直徑較大的圓柱頂端固定在密封端帽中心，且直徑較小的底端通過(guò)螺紋壓環(huán)固定有不銹鋼絲網(wǎng)；粉氣分離器通過(guò)密封端帽直徑較大的頂端上的階梯通孔與粉氣輸入腔連接，而直徑較小的底端深入粉氣輸入腔內(nèi)部。
4.如權(quán)利要求3所述的激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其特征在于，所述密封端帽直徑較小的底端延伸至快插接頭的輸入口的下邊線，快插接頭輸入口在粉氣輸入腔上部但其軸線不與粉氣分離器的軸線相交而是存在一定距離。`
5.如權(quán)利要求1所述的激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其特征在于，所述粉末輸送部分包括第二送粉管、第三送粉管和送粉噴嘴，它們依次連接，且第二送粉管的一端與所述加工氣輸入腔第二端相連。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其特征在于，其還包括固定支架，其內(nèi)部設(shè)置有階梯孔，公裝配好的送粉工作頭穿過(guò)，外部設(shè)有螺紋孔，以將送粉工作頭固定在其他設(shè)備上。
7.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其特征在于，所述粉末匯聚腔內(nèi)部設(shè)置有漏斗形結(jié)構(gòu)，用于匯聚粉末，其外部為圓柱結(jié)構(gòu)，漏斗直徑較大的一端與粉氣輸入腔連接，直徑較小的一端與加工氣輸入腔和第一粉末輸送管同軸心連接。
8.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其特征在于，所述加工氣匯聚件漏斗形結(jié)構(gòu)底部具有通粉孔，其漏斗形底部固定連接在加工氣輸入腔第二端內(nèi)部。
9.如權(quán)利要求5所述的激光粉末加工旁軸送粉工作頭,其特征在于,粉氣輸入腔、粉末匯聚腔、第一粉末輸送管、加工氣輸入腔、加工氣匯聚件、第二粉末輸送管、第三粉末輸送管及送粉噴嘴的安裝軸線重合。
10.如權(quán)利要求3所述的激光粉末加工旁軸送粉工作頭，其特征在于，所述不銹鋼絲網(wǎng)目數(shù)根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
【文檔編號(hào)】C23C24/10GK103526199SQ201310445040
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】林學(xué)春, 牛奔, 張志研, 曲研, 南景洋, 周春陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所