本发明专利技术公开了一种用于激光直接成形的角度可调式四管送粉喷嘴，包括上中下三个部分，上部为上连接套和保护镜去污喷嘴；中部由滑动套筒、粉末离焦调整螺母、锁紧套及中心调整装置组成；下部由锥形激光套、喷粉管、喷粉管轨道架组成。本发明专利技术的特征在于，喷粉管能在喷粉管轨道架上滑动，实现粉末入射角度的连续可调；依靠滑动套筒的上下移动能实现粉末汇聚点正负离焦量的连续调整；依靠同轴调整装置能实现激光和粉末同轴度的调整。本喷嘴既可以作为同轴送粉喷嘴，又可以作为旁轴送粉喷嘴，喷粉管孔的内表面十分光滑，达到镜面，提高了粉末的汇聚性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光加工应用领域，可用于金属和非金属激光熔覆、表面合金化、破损零件的修复等，具体涉及一种激光金属直接成形的装置。
技术介绍
激光金属直接成形(Laser Metal Direct !Arming，LMDF)技术是基于快速原型技术和激光熔覆技术而发展起来的一种柔性的先进制造技术。该技术集成了激光熔覆技术和快速原型技术的优点，可直接制造出具有复杂外形和良好力学性能的全致密三维实体金属零件，具有制造速度快、生产周期短、成本低等优点。尤其适用于传统方法难以制造的特种材料或特殊形状金属零件，在航空航天、汽车船舶、武器装备、生物医学等领域有着广泛的应用前景。影响激光金属直接成形过程的因素复杂，如激光功率、扫描速度、送粉率、周围环境的氧含量等。现有工艺中所有上述因素的控制都是为了保证粉末场和熔池的稳定性，进而保证成形过程的稳定进行。由此可见，提高粉末场和熔池的稳定性是一个关键问题。粉末场和熔池的稳定性不好，会直接导致成形件表面质量恶化，严重情况下，甚至出现塌陷流淌等缺陷，成形过程将无法继续进行。现用的粉末喷嘴，粉末从喷嘴中出来以后发散比较严重，汇聚性差，粉末利用率低，难以满足LMDF的要求；由于不同种类的粉末，其成分、密度及其颗粒大小不同，每种粉末都有其最佳的汇聚角度，这需要我们调整喷粉管的角度以使粉末的汇集性和稳定性最好；在成形不同倾斜角度的零件时，其熔池稳定性会受到粉末的入射角度的影响，一般存在一个最佳入射角，所以在成形不同倾斜角度的零件时也会要求我们调整粉末的入射角度，这就迫切需要一种粉末汇聚性好、角度可调式的喷嘴。目前，激光金属直接成形技术所采用的同轴送粉喷嘴主要有两种形式四管式同轴送粉喷嘴和锥环式同轴送粉喷嘴。美国Sandia国家实验室和Optomec Design公司用于激光工程化净成形技术(Laser Engineered NetShaping, LENS)采用了四管式同轴送粉喷嘴，并取得很好的效果。美国专利(U. S. I^t. 7358457)提供了一种四管激光金属直接成形喷嘴，其气体保护氛围结构设计精巧，但其粉末出口需要加工倾斜的且汇聚于一点的四个小孔，加工失败率高，且其也不具备粉末入射角度的调节能力，使用范围具有很大的局限性。清华大学采用垂直装卸的分体式激光熔覆同轴送粉喷嘴(CN 1255411A)，华中科技大学公开了一种内置式激光熔覆喷嘴(CN1570190A)，华南理工大学研制了环式同轴激光熔覆喷嘴(CN 2707772Y)和孔式同轴激光熔覆喷嘴(CN 2707773Y)，此类送粉喷嘴的结构基本相似，其主要不足的是结构过于复杂，喷嘴出口的粉末流均勻性相对较差，易发散，粉末利用率较低，且喷嘴自身也不具备调节粉末入射角度的能力。在实际生产中，旁轴送粉由于其粉末利用率高，熔覆表面光滑，质量稳定，也在一些场合(如激光修复)中使用。如果一种喷嘴能实现同轴和旁轴送粉的两用，在实际的生产中必然会带来很多的方便。
技术实现思路
为了克服现存激光金属直接成形用喷嘴存在的不足，本专利技术提供了一种用于激光直接成形的四管送粉喷嘴，它能够实现送粉角度的连续调整，适用于不同的成形材料和成形不同倾斜角度的零件，且它本身兼备同轴送粉和旁轴送粉的优点，即只往一根喷粉管通入粉末的时候就可以兼备旁轴送粉的功能，从而提高了喷嘴的适用性、粉末汇聚性和稳定性，以及粉末利用率。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的一种用于激光直接成形的角度可调式四管送粉喷嘴，包括上、中、下三个部分，其特征在于，上部分包括与激光头相连的上连接套筒、安装在上连接套筒内的保护镜去污喷嘴；中部分包括滑动套筒，通过离焦调整螺母使滑动套筒在上连接套筒中上下滑动；通过锁紧套将滑动套筒固定；滑动套筒下端连接有对中器；下部分包括锥形激光套和与其连接的喷粉管轨道架，锥形激光套通过对中器固定及对中；四个喷粉管均勻的分布在喷粉管轨道架四周，喷粉管轨道架上加工有轨道弧面B，喷粉管轨道架外侧面上标有指示角度的刻度，喷粉管上加工有与喷粉管轨道架轨道弧面B配合的弧面A，该弧面A通过与轨道弧面B 滑动配合，使喷粉管在喷粉管轨道架上作圆周运动，调整粉末的入射角度。上述方案中，所述喷粉管在喷粉管轨道架上作圆周运动，调整粉末入射角度的范围从水平位置起为30°到60° ；粉末的轴线调整范围在一个直径为7mm圆柱内。通过离焦调整螺母(4)使滑动套筒C3)在上连接套筒(1)中上下滑动为士5mm。所述保护镜去污喷嘴朝里的一端是开有很小缝隙的扁平喷嘴，且向上倾斜，直接对着激光头中的保护镜片。所述上连接套中设有一圈连通的孔，里面通入冷水，构成激光头中激光汇聚透镜的水冷循环装置。喷粉管的孔直径范围是0. 8mm 3mm，且经过抛光处理，孔的内表面光洁度达到镜面。本专利技术与现有喷嘴技术相比主要有如下优点1、由于不同的粉末材料存在不同的最佳汇聚角度，加之在做一些不同倾斜角度零件时为了维持熔池的稳定性也需要调整粉末的入射角度，一般的喷嘴难以满足这些需求， 本专利技术喷嘴由于其喷粉管的角度连续可调性，能满足这些需求，且喷嘴在角度调整的过程中参照轨道架上的刻度，便于微调，依靠其上螺母拧紧固定，固定后位置稳定可靠。2、本专利技术的喷粉管的内径为1mm，经过抛光处理后，内壁表面光洁度达到镜面，粉末由孔出来后可以获得较长距离的直线状的粉末流，粉末汇聚效果好，有效的提高了粉末的汇聚性和粉末利用率。3、喷嘴不易堵粉，工作寿命长；即使某根粉管出现问题，更换方便，而现在一般的熔覆喷嘴，一个位置的问题导致整个喷嘴报废，本专利技术整体比较经济实用。4、由于加工或者安装过程中，会造成粉末和激光同轴度的误差，本专利技术能依靠对中装置实现同轴度的调整，最终使粉末汇聚点准确的进入熔池，而且调整方便可靠。5、在做一些表面质量要求不是很高的大零件时，需要大的粉末汇聚点，本专利技术粉末离焦量的调整就能改变粉末在基板汇聚点的大小，获得大的粉末汇聚点。6、本喷嘴兼备同轴和旁轴送粉的优点，满足不同的工作需求，且转换方便。7、本喷嘴零部件少，安装十分方便，且在整个安装调整过程中外边的软管不会发生缠绕，调整也十分方便。8、在激光头中，激光汇聚透镜是一个关键的精密光学部件，价格昂贵，其外设有一个保护镜片。一般只要保护镜片不破裂，激光汇集透镜就不会发生损坏。现行的方法大多是在激光通过的腔体内设法形成气帘或者通入气体避免烟尘污染保护镜，但是这些方法一般需要很大的通气量，而大的通气量又会影响下面粉末的汇聚性。本专利技术保护镜去污喷嘴， 通过其向上倾斜的扁嘴形喷嘴能向保护镜的光照区域直接喷射气体，在通气量不大的情况下使得这片区域一直处于气体的冲刷状态，能保证其长时间不受到烟尘污染，能使得整个设备长期正常运行。本专利技术可用于金属和非金属激光熔覆、表面合金化、破损零件的修复、激光金属直接成性等领域，适合推广使用。以下结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。附图说明图1是本专利技术四管送粉喷嘴结构的示意图。图2是图1中喷粉管和喷粉管轨道架的装配示意图，其中，A和B分别表示喷粉管和喷粉管轨道架的弧面，箭头表明了喷粉管的插入方向。图3是图1中保护镜去污喷嘴放大的旋转剖面图。图4是图1中上连接套中的水冷循环结构。在图1、图2中1.上连接套筒，2.保护镜去污喷嘴，3.本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张安峰，李涤尘，杨洪涛，贺斌，葛江波，解行，
申请(专利权)人：西安交通大学，西安瑞特快速制造工程研究有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。