CN100362132C - 可调送粉装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可调送粉装置，采用直流电机(1)，并通过谐波齿轮减速器(2)消除直流电机(1)在低速下产生的速度波动；在送粉盘(5)上开有多排不同直径的调节孔，利用不同的孔径和送粉盘(5)的转速实现粉末流量的调节；送粉盘(5)、传动轴(9)和压块(10)连接成为整体，传动轴(9)顶端有调节螺栓，可对压块(10)的压力调节，进而控制送粉盘(5)的压力。本发明克服了直接用直流伺服电机调速时，由于外部电压变化、低速传动扭矩不足造成的在小送粉量时粉末有波动、送粉量不易连续平稳调节、送粉精度不高以及对粉末要求较高的不足，保证了在低速下送粉盘(5)的平稳转动，具有精确的无脉动送粉速率，可实现连续、平稳送粉。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及材料加工领域，是一种可调送粉装置。
(二)背景技术：
激光熔覆技术是指用高能激光束将材料表面局部熔化，同时通过送粉器经激光喷嘴向熔池中添加一种或几种合金粉末或者陶瓷粉末，使它们熔凝在材料表面，形成高性能的复合涂层，使得原来常规的材料通过在表面熔覆特殊的金属和陶瓷涂层进而获得优异的性能。
从上所述中可以看出，送粉器是激光熔覆和激光快速原形制造系统发展的基础支持设备，送粉器的送粉精度和实时同步连续调节能力是影响加工精度和生产零件表面光洁度的关键影响因素。传统的送粉器主要包括有刮吸式送粉器、螺旋式送粉器、刮板式送粉器、毛细管送粉器、转刷式送粉器等，这几种送粉器由于采用的原理不同，所能传送的粉末的特性也就存在着较大的差异。
例如刮吸式送粉器是基于气体动力学原理，通过气体的吸取传送粉末，这种送粉器只能传送干粉，且粉末的形状要为圆形，粉末的直径应大于20μm，单位时间的粉未输送量是通过更换不同的转盘、刮板.吸块实现的。
螺旋式送粉器基于机械学原理，通过机械的推力传送粉末，这种送粉器对所传送粉末的湿度、形状都没有限制，粉末的直径比刮吸式送粉器的小，一般应大于15μm，单位时间的粉末输送量是通过更换不同的螺旋杆及控制电机转速实现的，可实现连续控制。但这种送粉器由于采用螺旋杆的螺纹间隙传送粉末，单位时间粉末的输送量不能很低，且在一套送粉仪上一般只配置一个送粉器，不能将两种不同材料的粉末混合传送。
虽然上述几种送粉器都可以用于激光熔覆和激光快速原形制造系统，但是存在着小送粉量时送粉有波动，送粉量不易连续可调，精度不高的缺点。
(三)发明内容：
为克服现有技术中存在的小送粉量时粉末有波动，送份量不易连续平稳调节，送粉精度不高以及对粉末要求较高的不足，本发明提出了一种可调送粉装置及送粉方法。
本发明所提出的转速可调的送粉装置主要包括电机、基板、送气喷嘴、送粉盘、送粉桶、传动轴和滑动盘。其技术特征在于：1.使用了谐波齿轮减速器和直流电机，通过谐波齿轮减速器消除直流电机在低速下产生的速度波动影响；2.送粉盘上有多排不同直径的调节孔，利用不同的孔径和送粉盘的转速调节粉末的流量；3.送粉盘、传动轴和压块连接成为整体，在传动轴的带动下使送粉盘转动，密封头位于传动轴顶端，通过其顶部中心处的调节螺栓，实现对压块的压力调节，进而实现控制送粉盘的压力；滑动盘嵌装在箱体上表面，与送粉盘滑动配合，有效地减少了送粉盘的阻力。
在进行激光涂敷时，将所要输送的粉末置于送粉筒中，打开气道开关加载载粉气流，使粉筒内外产生压差，然后打开直流电机的开关，将速度调到理想的位置，电机的转速通过高传动比的谐波齿轮减速器稳定地传递到旋转轴上，然后旋转轴通过传动件带动与之相连的粉盘转动，粉盘的载粉凹槽中均匀的分布着多排直径不等的孔，当凹槽中孔的位置和气道重合时，载粉气流通过流道末端的扩充段形成混粉气流将粉末充分混合，进而通过送粉管平稳的吹出。
与现有技术相比较，本发明的优点在于：(1)以载粉气压差所产生的精确的流动速率输送粉末；(2)直流电机和高传动比谐波齿轮减速器的结合使用，克服了直接用直流伺服电机调速过程中对外部电压变化敏感、以及低速传动扭矩不足等因素的不利影响。由于谐波减速器同时啮合的齿数可达30％，甚至更多些，正是由于这一独特的优点，谐波齿轮与相同精度的普通齿轮相比，其运动精度能提高四倍左右，而且齿的啮入、啮出是随着柔轮的变形，逐渐进入和逐渐退出刚轮齿间的，啮合过程中齿面接触，滑移速度小，且无突然变化，同时谐波齿轮减速器的高速轴、低速轴位于同一轴线上具有良好的同轴性，这样就保证了在低速下送粉盘的平稳转动；(3)不再直接利用传统的凹槽送粉盘直接送粉，而是利用凹槽中的几排不等直径的孔道存储粉末，在载粉气流不变的情况下通过改变送粉盘的转速和厚度，可以达到精细改变送粉量的效果；(4)载气流量与精确的排料盘结合，具有精确的无脉动送粉速率；(5)位于存储粉末的孔道下的载粉气流流道末端进行了粉末混流设计，使送粉更加连续平稳。
(四)附图说明；
附图一是高精度可调送粉装置的结构示意图。
附图二是送粉盘的结构示意图。
其中：
1.直流电机 2.齿轮减速器 3.基板 4.送气喷嘴
5.送粉盘 6.送粉桶 7.粉桶盖 8.密封头
9.传动轴 10.压块 11.出粉口 12.滑动盘
13.上轴承盖 14.箱体 15.轴承套筒 16.下轴承盖
17.载粉气路
(五)具体实施方式
结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例一：
本实施例主要包括直流电机1、高传动比的谐波齿轮减速器2、基板3、送气喷嘴4、送粉盘5、送粉桶6、传动轴9和滑动盘12。具体实施中：
箱体14通过螺栓固定在基板3的上表面，谐波齿轮减速器2位于基板3下表面。在箱体14的上表面中心处有一低于箱体表面的圆形凹台，该凹台的直径与滑动盘12直径相同，并将滑动盘12嵌装在凹台内；箱体14的中心有轴承套筒的安装孔。基板3一侧有载粉气路17的通孔，该通孔和箱体14内一侧的载粉气路17连通；载粉气路17的上端与出粉口11相通，保证送粉气流可以通过送粉孔将粉末由送粉管输出。
传动部分以不锈钢的传动轴9为中心，主要包括直流电机1、谐波齿轮减速器2、轴承套筒15和压块10。传动轴9安装在箱体中心，轴承套筒15位于箱体14内，套装在传动轴9上，通过上下轴承盖13、16固定在箱体14上。直流电机1的输出端通过联轴器和谐波齿轮减速器2的输入端连接在一起，传动轴9的一端穿过基板3，与谐波齿轮减速器2的输出端相连。
压块10位于送粉桶6内，套装在传动轴9上，固定在送粉盘5的上表面；“凹”字形的密封头8位于传动轴9的顶端，其顶部中心处有螺栓孔，通过该螺栓可调节密封头8的上下位置，以控制送粉盘5、压块10之间的压力；压块10与密封头8的接触面有密封圈。
送粉装置包括送粉盘5、送粉桶6、滑动盘12、送气喷嘴4。其中：送粉桶6通过螺钉安装在箱体14之上，其侧面有出粉口的通孔，顶部通过螺钉与粉桶盖7密封连接；圆形送粉盘5用不锈钢制成，与传动轴9套装配合；送粉盘5位于送粉桶6内，安装在箱体14的上表面，两者之间滑动配合；送粉盘5的上表面有凹槽，槽内根据送粉量的要求，有三排均匀排列、不同直径的通孔；盘中心有与轴1相配合的安装孔，安装孔的两侧有两个安装压块10的定位销孔，通过定位销使送粉盘5、传动轴9和压块10成为整体，这样在传动轴9的带动下使送粉盘5转动。
使用时，将商业化的金属Ni60粉末倒入送粉桶6中，然后用螺栓将送粉桶盖子7密封好；将直流电机1接通电源，通过电位器调好直流电机1的预制转速，此时只是给定送粉盘一个转速值，但是电机并没有转动；采用5KW连续CO2激光器，激光输出功率1.7～2.5KW，保护气体为氮气，氮气流量为5～10升/分钟；打开载粉气的开关，同时将直流电机1通过开关转换到工作状态，直流电机1的转速经过高传动比的谐波齿轮减速器2将速度平稳的降下来，然后将减速后的扭矩通过传动轴9带动送粉转盘5旋转，这样在送粉转盘5的载粉小孔中储存的粉末就被载粉气流经过送气喷嘴4吹起，然后经过出粉管混合后平稳的吹出；由出粉管吹出的Ni60粉末经过送粉喷嘴吹到零件的表面，同时高能激光束将Ni60粉末在基材表面熔化并迅速凝固形成一个耐磨耐蚀的表层。
实施例二：
本实施例主要包括直流电机1、高传动比的谐波齿轮减速器2、基板3、送气喷嘴4、送粉盘5、送粉桶6、传动轴9和滑动盘12。具体实施中：
箱体14通过螺栓固定在基板3的上表面，谐波齿轮减速器2位于基板3下表面。在箱体14的上表面中心处有一低于箱体表面的圆形凹台，该凹台的直径与盘12直径相同，并将盘12嵌装在凹台内；箱体14的中心有轴承套筒的安装孔。基板3一侧有载粉气路17的通孔，该通孔和箱体14内一侧的载粉气路17连通；载粉气路17的上端与出粉口11相通，保证送粉气流可以通过送粉孔将粉末由送粉管输出。
传动部分以不锈钢的传动轴9为中心，主要包括直流电机1、谐波齿轮减速器2、轴承套筒15和压块10。传动轴9安装在箱体中心，轴承套筒15位于箱体14内，套装在传动轴9上，通过上下轴承盖13、16固定在箱体14上。直流电机1的输出端通过联轴器和谐波齿轮减速器2的输入端连接在一起，传动轴9的一端穿过基板3，与谐波齿轮减速器2的输出端相连。
压块10套装在传动轴9上，位于送粉桶6内，固定在送粉盘5的上表面；“凹”字形的密封头8位于传动轴9的顶端，其顶部中心处有螺栓孔，通过该螺栓可调节密封头8的上下位置，以控制送粉盘5、压块10之间的压力；压块10与密封头8的接触面有密封圈。
送粉装置包括送粉盘5、送粉桶6、滑动盘12、送气喷嘴4。其中：送粉桶6通过螺钉安装在箱体14之上，其侧面有出粉口的通孔，顶部通过螺钉与粉桶盖7密封连接；圆形送粉盘5用不锈钢制成，与传动轴9套装配合；送粉盘5位于送粉桶6内，安装在箱体14的上表面，两者之间滑动配合；送粉盘5的上表面有凹槽，槽内根据送粉量的要求，有五排均匀排列、不同直径的通孔；盘中心有与轴1相配合的安装孔，安装孔的两侧有两个安装压块10的定位销孔，通过定位销使送粉盘5、传动轴9和压块10成为整体，这样在传动轴9的带动下使送粉盘5转动。
使用时，将商业化的金属Ni60粉末倒入送粉桶6中，然后用螺栓将送粉桶盖子7密封好；将直流电机1接通电源，通过电位器调好直流电机1的预制转速，此时只是给定送粉盘一个转速值，但是电机并没有转动；采用5KW连续CO2激光器，激光输出功率1.7～2.5KW，保护气体为氮气，氮气流量为5～10升/分钟；打开载粉气的开关，同时将直流电机1通过开关转换到工作状态，直流电机1的转速经过高传动比的谐波齿轮减速器2将速度平稳的降下来，然后将减速后的扭矩通过传动轴9带动送粉转盘5旋转，这样在送粉转盘5的载粉小孔中储存的粉末就被载粉气流经过送气喷嘴4起，然后经过出粉管混合后平稳的吹出；由出粉管吹出的Ni60粉末经过送粉喷嘴吹到零件的表面，同时高能激光束将Ni60粉末在基材表面熔化并迅速凝固形成一个耐磨耐蚀的表层。
实施例三：
本实施例主要包括直流电机1、高传动比的谐波齿轮减速器2、基板3、送气喷嘴4、送粉盘5、送粉桶6、传动轴9和滑动盘12。具体实施中：
箱体14通过螺栓固定在基板3的上表面，谐波齿轮减速器2位于基板3下表面。在箱体14的上表面中心处有一低于箱体表面的圆形凹台，该凹台的直径与滑动盘12直径相同，并将滑动盘12嵌装在凹台内；箱体14的中心有轴承套筒的安装孔。基板3一侧有载粉气路17的通孔，该通孔和箱体14内一侧的载粉气路17连通；载粉气路17的上端与出粉口11相通，保证送粉气流可以通过送粉孔将粉末由送粉管输出。
传动部分以不锈钢的传动轴9为中心，主要包括直流电机1、谐波齿轮减速器2、轴承套筒15和压块10。传动轴9安装在箱体中心，轴承套筒15位于箱体14内，套装在传动轴9上，通过上下轴承盖13、16固定在箱体14上。直流电机1的输出端通过联轴器和谐波齿轮减速器2的输入端连接在一起，传动轴9的一端穿过基板3，与谐波齿轮减速器2的输出端相连。
压块10位于送粉桶6内，套装在传动轴9上，固定在送粉盘5的上表面；“凹”字形的密封头8位于传动轴9的顶端，其顶部中心处有螺栓孔，通过该螺栓可调节密封头8的上下位置，以控制送粉盘5、压块10之间的压力；压块10与密封头8的接触面有密封圈。
送粉装置包括送粉盘5、送粉桶6、滑动盘12、送气喷嘴4。其中：送粉桶6通过螺钉安装在箱体14之上，其侧面有出粉口的通孔，顶部通过螺钉与粉桶盖7密封连接；圆形送粉盘5用不锈钢制成，与传动轴9套装配合；送粉盘5位于送粉桶6内，安装在箱体14的上表面，两者之间滑动配合；送粉盘5的上表面有凹槽，槽内根据送粉量的要求，有三排均匀排列、不同直径的通孔；盘中心有与轴1相配合的安装孔，安装孔的两侧有两个安装压块10的定位销孔，通过定位销使送粉盘5、传动轴9和压块10成为整体，这样在传动轴9的带动下使送粉盘5转动。
使用时，将商业化的金属Cu粉末倒入送粉桶6中，然后用螺栓将送粉桶盖子7密封好；将直流电机1接通电源，通过电位器调好直流电机1的预制转速，此时只是给定送粉盘一个转速值，但是电机并没有转动；采用5KW连续CO2激光器，激光输出功率1.5～2.0KW，保护气体为氮气，氮气流量为5～8升/分钟；打开载粉气的开关，同时将直流电机1通过开关转换到工作状态，直流电机1的转速经过高传动比的谐波齿轮减速器2将速度平稳的降下来，然后将减速后的扭矩通过传动轴9带动送粉转盘5旋转，这样在送粉转盘5的载粉小孔中储存的粉末就被载粉气流经过送气喷嘴4吹起，然后经过出粉管混合后平稳的吹出；由出粉管吹出的Cu粉末经过送粉喷嘴吹到零件的表面，同时高能激光束将Cu粉末在基材表面熔化并迅速凝固形成Cu合金的表层。
实施例四：
本实施例主要包括直流电机1、高传动比的谐波齿轮减速器2、基板3、送气喷嘴4、送粉盘5、送粉桶6、传动轴9和滑动盘12。具体实施中：
箱体14通过螺栓固定在基板3的上表面，谐波齿轮减速器2位于基板3下表面。在箱体14的上表面中心处有一低于箱体表面的圆形凹台，该凹台的直径与滑动盘12直径相同，并将滑动盘12嵌装在凹台内；箱体14的中心有轴承套筒的安装孔。基板3一侧有载粉气路17的通孔，该通孔和箱体14内一侧的载粉气路17连通；载粉气路17的上端与出粉口11相通，保证送粉气流可以通过送粉孔将粉末由送粉管输出。
传动部分以不锈钢的传动轴9为中心，主要包括直流电机1、谐波齿轮减速器2、轴承套筒15和压块10。传动轴9安装在箱体中心，轴承套筒15位于箱体14内，套装在传动轴9上，通过上下轴承盖13、16固定在箱体14上。直流电机1的输出端通过联轴器和谐波齿轮减速器2的输入端连接在一起，传动轴9的一端穿过基板3，与谐波齿轮减速器2的输出端相连。
压块10位于送粉桶6内，套装在传动轴9上，固定在送粉盘5的上表面；“凹”字形的密封头8位于传动轴9的顶端，其顶部中心处有螺栓孔，通过该螺栓可调节密封头8的上下位置，以控制送粉盘5、压块10之间的压力；压块10与密封头8的接触面有密封圈。
送粉装置包括送粉盘5、送粉桶6、滑动盘12、送气喷嘴4。其中：送粉桶6通过螺钉安装在箱体14之上，其侧面有出粉口的通孔，顶部通过螺钉与粉桶盖7密封连接；圆形送粉盘5用不锈钢制成，与传动轴9套装配合；送粉盘5位于送粉桶6内，安装在箱体14的上表面，两者之间滑动配合；送粉盘5的上表面有凹槽，槽内根据送粉量的要求，有三排均匀排列、不同直径的通孔；盘中心有与轴1相配合的安装孔，安装孔的两侧有两个安装压块10的定位销孔，通过定位销使送粉盘5、传动轴9和压块10成为整体，这样在传动轴9的带动下使送粉盘5转动。
使用时，将商业化的陶瓷SiC粉末倒入送粉桶6中，然后用螺栓将送粉桶盖子7密封好；将直流电机1接通电源，通过电位器调好直流电机1的预制转速，此时只是给定送粉盘一个转速值，但是电机并没有转动；采用5KW连续CO2激光器，激光输出功率3.0～3.3KW，保护气体为氮气，氮气流量为5～10升/分钟；打开载粉气的开关，同时将直流电机1通过开关转换到工作状态，直流电机1的转速经过高传动比的谐波齿轮减速器2将速度平稳的降下来，然后将减速后的扭矩通过传动轴9带动送粉转盘5旋转，这样在送粉转盘5的载粉小孔中储存的粉末就被载粉气流经过送气喷嘴4吹起，然后经过出粉管混合后平稳的吹出；由出粉管吹出的陶瓷SiC粉末经过送粉喷嘴吹到零件的表面，同时高能激光束将陶瓷SiC粉末在基材表面熔化并迅速凝固形成一个耐磨耐蚀的表层。
Claims (3)
1.一种可调送粉装置，包括电机(1)、减速器(2)、基板(3)、送气喷嘴(4)、送粉盘(5)、送粉桶(6)、传动轴(9)和滑动盘(12)，其特征在于该装置还包括了谐波齿轮减速器(2)， 并且箱体(14)固定在基板(3)的上表面，谐波齿轮减速器(2)位于基板(3)下表面，基板(3)一侧有载粉气路(17)的通孔，通过载粉气路(17)与出粉口(11)连通；滑动盘(12)嵌装在箱体(14)的上表面，送粉盘位于滑动盘(12)上，两者间滑动配合；送粉盘上有多排不同直径的调节孔；送粉桶(6)安装在箱体(14)之上，其侧面有出粉口的通孔；压块(10)位于送粉桶(6)内，固定在送粉盘(5)上；密封头(8)位于传动轴顶端，其顶部中心处有调节螺栓；送粉盘(5)中心有与传动轴(9)相配合的安装孔，安装孔的两侧有定位销孔，通过定位销使送粉盘(5)、传动轴(9)和压块(10)连接成为整体。
2.如权利要求1所述可调送粉装置，其特征在于压块(10)与密封头(8)的接触面有密封圈。
3.如权利要求1所述可调送粉装置，其特征在于该装置的电机(1)选用直流电机。
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