CN103526199A - 一种激光粉末加工旁轴送粉工作头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光粉末加工旁轴送粉工作头，其包括：粉气分离器、粉气输入腔、快插接头、粉末汇聚腔、第一粉末输送管、加工气输入腔、加工气汇聚件、加工气输入接头、固定架、第二粉末输送管、第三粉末输送管、粉末喷嘴。其中，加工气汇聚件为逐渐缩小漏斗形零件，节流阀用于输出由送粉机输入的载粉气，其前端置有不锈钢丝网。本发明实现了金属粉末和输粉载气的分离，一方面降低了金属粉末由喷嘴流出速度，保证粉末输送量的稳定性，从而满足激光熔敷等激光粉末加工过程中粉末输出量稳定的要求；另一方面从加工气输入接头处输入不同与载粉气的气体，既起到保护加工件的目的，同时还能够协助调解送粉喷嘴喷出粉末的流速，更好地控制加工效果。

Description

一种激光粉末加工旁轴送粉工作头

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种激光粉末加工旁轴送粉工作头。

背景技术

激光加工具有非接触、易操作、高柔性、高效率、高质量与节能等突出优点。激光熔敷技术是利用高能量密度的激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基体材料表面熔敷一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，构成一种新的复合材料，以弥补基体材料所缺少性能。可以根据加工工件的要求，制备耐热、耐腐蚀、耐磨等性能的涂覆层，使材料具备常规处理所无法获得的性能。

采用激光熔敷技术可以根据工件需要，涂覆不同厚度的熔覆层，其前提条件是准确的控制熔敷过程粉末的输送量，同时粉末由喷嘴喷出的速度对涂覆层的质量有较明显的影响，因此，选择合适的激光熔敷送粉工作头非常的重要。

目前激光熔敷使用的送粉头大多是一根倾斜45°使用的金属导管与喷嘴相连，粉末由送粉机、输粉管送出后，直接由粉末喷嘴输出。该送粉工作头送粉量与粉末流出速度均无法得到精确控制。部分具有粉气分离功能的送粉工作头仅是在直连送分管的基础上稍作改动获得，即在金属送粉管一端设置一个较大的锥形腔，在腔侧面设置放气调节螺钉。该方法可以将金属粉末和粉末输送气分离，排出粉末载气，降低粉末由喷头喷出的流速，有利于获得高的熔敷质量；由于旁轴送粉工作头一般是倾斜45°使用，所以粉末在与载气分离后，有部分粉末会存积在粉末锥形送粉管的底部，如果这部分积粉不能及时排出，长时间的粉末积存会造成粉末输出的突然增多或者堵塞送粉管，将影响涂覆层质量。另外，由于粉气分离腔空间较送粉管大许多，粉末由粉气分离腔进入送粉管时，会造成粉末的输出量与送粉机的粉末输出量不同，造成熔敷层性能的不连续、不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种激光粉末加工旁轴送粉工作头。

本发明提供的激光粉末加工旁轴送粉工作头，其包括粉气分离部分和粉末汇聚再输送部分；

所述粉气分离部分包括：粉气分离器、粉气输入腔、快插接头；所述粉气分离器为中空形状，其与粉气输入腔同心连接，其一端设置有排气孔，用于将从快插接头输入的粉气混合体中的载气排出，粉末通过粉气输入腔进入粉末汇聚再输送部分；粉气输入腔为带直角切边的类圆柱形空心结构，快插接头位于其直角切边上，用于输入粉气混合体；

所述粉末汇聚再输送部分包括：粉末汇聚腔、第一粉末输送管、加工气输入腔、加工气汇聚件、加工气输入接头、粉末输送部分；其中：粉末汇聚腔一端与粉气输入腔相连，另一端与加工气输入腔的第一端和第一粉末输送管的第一端同轴心相连；第一粉末输送管和加工气汇聚件位加工气输入腔内部，加工气汇聚件为漏斗形结构，第一粉末输送管的第二端深入到所述加工气汇聚件漏斗形底部，与所述加工气汇聚件漏斗形底部的通粉孔保持一定距离，加工气输入接头固定在加工气输入腔的侧面，用于输入加工气；加工气输入腔第二端与粉末输送部分连接。

其中，所述排气孔由节流阀构成。

其中，所述粉末分离器由节流阀、密封端帽、不锈钢丝网以及螺纹压环组成；所述密封端帽为同心圆柱形凸台结构，节流阀通过其直径较大的圆柱顶端固定在密封端帽中心，且直径较小的底端通过螺纹压环固定有不锈钢丝网；粉气分离器通过密封端帽直径较大的顶端上的阶梯通孔与粉气输入腔连接，而直径较小的底端深入粉气输入腔内部。

其中，所述密封端帽直径较小的底端延伸至快插接头的输入口的下边线，快插接头输入口在粉气输入腔上部但其轴线不与粉气分离器的轴线相交而是存在一定距离。

其中，所述粉末输送部分包括第二送粉管、第三送粉管和送粉喷嘴，它们依次连接，且第二送粉管的一端与所述加工气输入腔第二端相连。

其中，其还包括固定支架，其内部设置有阶梯孔，公装配好的送粉工作头穿过，外部设有螺纹孔，以将送粉工作头固定在其他设备上。

其中，所述粉末汇聚腔内部设置有漏斗形结构，用于汇聚粉末，其外部为圆柱结构，漏斗直径较大的一端与粉气输入腔连接，直径较小的一端与加工气输入腔和第一粉末输送管同轴心连接。

其中，所述加工气汇聚件漏斗形结构底部具有通粉孔，其漏斗形底部固定连接在加工气输入腔第二端内部。

其中，粉气输入腔、粉末汇聚腔、第一粉末输送管、加工气输入腔、加工气汇聚件、第二粉末输送管、第三粉末输送管及送粉喷嘴的安装轴线重合。

其中，所述不锈钢丝网目数根据需要进行选择。

本发明的激光熔敷旁轴送粉工作头由于采用了以上技术方案，具有以下优点和特点：

由于粉气输入口轴线与粉气输入腔的轴线不相交而是存在一定距离，且粉末进入粉气分离腔后会撞上密封帽下端圆柱，这有利于粉末进入粉气分离腔后的均布，保证送粉的连续性。

由于设置了带有不锈钢丝网的粉气分离器，使得粉气混合体进入粉气输入腔后载气排出，可以降低粉末流速，有利于提高熔敷工艺质量。

由于粉气输入腔输粉管末端与加工气汇聚器汇聚口距较小，防止加工气对粉气分离后的粉末柱产生扰动，有利于熔敷质量。

由于设置了加工气输入口及汇聚器，可以在加工过程中加入所需的不同于载气类型的气体，有利于精确控制粉末流速，同时还能够满足加工气的输入，提高熔敷质量。

附图说明

图1是本发明中激光粉末加工旁轴送粉工作头的整体结构示意图。

图2是本发明中粉气分离器的结构示意图。

图3是本发明中粉气输入腔结构示意图。

图4是本发明中加工气输入腔结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1示出了本发明提出的激光粉末加工旁轴送粉工作头的整体结构示意图。如图1所示，该工作头包括粉气分离器1、粉气输入腔2、快插接头3、粉末汇聚腔4、第一粉末输送管5、加工气输入腔6、加工气汇聚件7、加工气输入接头8、固定架9、第二粉末输送管10、第三粉末输送管11以及粉末喷嘴12。

图2示出了本发明中粉气分离器1的结构示意图。所述粉气分离器1包括节流阀13、密封端帽14、不锈钢丝网15、螺纹压块16以及密封O圈18。密封端帽14为同心圆柱形凸台结构，其中直径较大的圆柱端为顶端，直径较小的圆柱形凸台为低端，且密封端帽14为中空形状，节流阀13通过该顶端底部的M5螺纹固定在密封端帽14顶端中心，密封端帽14顶端设有4个

2.7的阶梯通孔17，通过该四个通孔17，密封端帽14顶端通过4个M2.5的螺钉固定在粉末输入腔2上，密封端帽14与粉气输入腔2之间设有与端帽同心的密封O圈18进行密封。在密封端帽14的底端顶部设有M8螺纹孔，螺纹底部为一平台，平台中心有3通孔，平台上放置不锈钢丝网15，螺纹压块16为

10空心圆柱结构，一端设有M8外螺纹，螺纹压块16与密封端帽14底端的M8螺纹孔配合，将不锈钢丝网15压紧，达到排气时过滤粉末的目的。

图3示出了本发明中粉气输入腔的结构示意图。如图3所示，所述粉气输入腔2为带直角切边的类圆柱型空心结构，在其直角切边上设置Rc1/8管螺纹26与快插接头3螺纹连接，管螺纹26的轴线与粉气输入腔2轴线相互垂直并维持一定距离，这样设置的目的是约束输入的粉气混合物的流向，均匀输入到粉气分离腔20的粉气混合物。在粉气输入腔2顶端设置与内空心圆同轴心的

10通孔28，在通孔28外围设置4个轴对称的M2.5螺纹孔27，通孔28以及M2.5螺纹孔27将粉气输入腔2与密封端帽14同轴心连接起来。

快插接头3为带有RC1/8外管螺纹的快插接头，快插拔端可插入8软管输入粉气混合体。

粉末汇聚腔4内部设置漏斗型结构，用于汇聚粉末，其外部为圆柱结构，漏斗直径较大的一端为上端，也就是粉气流入端，直径较小的一端为下端，即粉气流出端，两端都置有螺纹分别与粉气输入腔2以及加工气输入腔6和第一粉末输送管5同轴心连接。

粉气分离器1、粉气输入腔2、快插接头3、粉末汇聚腔4构成了粉气分离腔20。

粉末汇聚腔4、第一粉末输送管5、加工气输入腔6以及加工气汇聚件7构成了粉末再整流腔21。

第一粉末输送管5为一端带有螺纹的铝管，用于输送粉末；带有螺纹的一端通过螺纹与粉末汇聚腔4的下端内螺纹同轴心连接，没有螺纹的一端管壁逐渐变薄，并深入加工气汇聚件7漏斗形内部的底端，由于第一粉末输送管5的外径大于加工气汇聚件7漏斗形结构底部的通粉孔，因此务必保证第一粉末输送管5下端不与加工气汇聚件7内壁接触并保留一定距离，其目的是防止从加工气输入接头8输入的加工气经加工气汇聚腔汇聚后流动受阻。

图4示出了本发明中加工气输入腔结构示意图。如图4所示，加工气输入腔6为两端带螺纹的空心圆柱形结构，两端直径不同，直径较大的一端设有M20内螺纹并与粉末汇聚腔4下端的外螺纹同心连接，直径较小的一端设有M12外螺纹并与第二粉末输送管10内螺纹配合连接，同时M12外螺纹端设有M8内螺纹，通过M8内螺纹加工气输入腔6与加工气汇聚件7连接，加工气汇聚件7位于加工气输入腔6内，加工气输入腔6的侧面设有一个M5螺纹孔，M5螺纹孔轴线与加工气输入腔6轴线相交，通过M5螺纹孔固定有加工气输入接头8，加工气输入接头8为一个带有M5螺纹的接头，可接

4软管输入加工气。

加工气汇聚件7为漏斗型结构，其较细的一端设有M8外螺纹与加工气输入腔6直径较小一端的内部固定连接，其作用是汇聚经加工气输入接头8输入的加工气从而达到汇聚粉末的作用。该处由第一粉末输送管5输入的粉末进入加工气输入腔6，而另一类加工气经加工气输入接头8也进入加工气输入腔6，为了防止另一类加工气对粉末汇聚情况的影响而又要使加工气融合到粉末了，所以设计了这类结构。

第二送粉管10为空心圆柱结构，其两端分别设有M12与M8螺纹孔，M12螺纹孔一端与加工气输入腔6连接，M8螺纹孔一端与第三送粉管11连接，第三送粉管11也是空心圆柱结构，其两端分别设有M8内螺纹与M8外螺纹，M8外螺纹一端与第二送粉管10连接，M8内螺纹一端与粉末喷嘴12连接。

粉末喷嘴12为圆柱形结构，其一端为M8外螺纹，另一端设有倒角，内部设有通孔，在M8外螺纹一端通孔呈漏斗状设置，另一端根据加工需要可制作

1.5至3不等的通孔。

固定件9为方形结构，其内部设有阶梯孔供装配好的送粉头穿过，外部设有M3螺纹孔可方便的将该送粉头固定于其他设备之上进行激光加工。

所述旁轴送粉加工头的粉气输入腔2、粉末汇聚腔4、第一粉末输送管5、加工气输入腔6、加工气汇聚件7、第二粉末输送管10、第三粉末输送管11及送粉喷嘴12的安装轴线重合。

本发明激光粉末加工旁轴送粉工作头的工作过程和原理可以结合图1说明如下：由送粉机输出的粉气混合体经快插接头3进入粉气输入腔2，由于快插头3的轴线与粉气输入腔2的轴线垂直且保持一定的距离，使得粉气混合体进入粉气分离腔20时切向撞上与粉气输入腔2同轴心的密封端帽14中插入粉气输入腔2内部的圆柱面，由于粉气分离器1整个是中空且两端具有开口的结构，因此部分粉末载气进入粉气分离器1上螺纹压块16端的开口后由节流阀1排出，粉末经粉末汇聚腔4汇聚后经第一粉末输送管5进入加工气汇聚腔7，在加工气汇聚腔7的漏斗形结构底部粉末与经加工气输入接头8输入到加工气汇聚腔6并经加工气汇聚件7整流的部分加工气混合后经第二粉末输送管10、第三粉末输送管11后由粉末喷头12喷出。由于节流阀排出了部分载气使得由喷嘴喷出粉末速度便于控制调节，同时由于粉末在加工头内被干扰后重新汇聚，使得由喷嘴喷出粉末更加均匀，有利于加工工艺质量的控制和提高。

所述密封端帽中采用不锈钢丝网目数根据使用粉末合理选择。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光粉末加工旁轴送粉工作头，其包括粉气分离部分和粉末汇聚再输送部分；

所述粉气分离部分包括：粉气分离器、粉气输入腔、快插接头；所述粉气分离器为中空形状，其与粉气输入腔同心连接，其一端设置有排气孔，用于将从快插接头输入的粉气混合体中的载气排出，粉末通过粉气输入腔进入粉末汇聚再输送部分；粉气输入腔为带直角切边的类圆柱形空心结构，快插接头位于其直角切边上，用于输入粉气混合体；

所述粉末汇聚再输送部分包括：粉末汇聚腔、第一粉末输送管、加工气输入腔、加工气汇聚件、加工气输入接头、粉末输送部分；其中：粉末汇聚腔一端与粉气输入腔相连，另一端与加工气输入腔的第一端和第一粉末输送管的第一端同轴心相连；第一粉末输送管和加工气汇聚件位加工气输入腔内部，加工气汇聚件为漏斗形结构，第一粉末输送管的第二端深入到所述加工气汇聚件漏斗形底部，与所述加工气汇聚件漏斗形底部的通粉孔保持一定距离，加工气输入接头固定在加工气输入腔的侧面，用于输入加工气；加工气输入腔第二端与粉末输送部分连接。

2.如权利要求1所述的激光粉末加工旁轴送粉工作头，其特征在于，所述排气孔由节流阀构成。

3.如权利要求2所述的激光粉末加工旁轴送粉工作头，其特征在于，所述粉末分离器由节流阀、密封端帽、不锈钢丝网以及螺纹压环组成；所述密封端帽为同心圆柱形凸台结构，节流阀通过其直径较大的圆柱顶端固定在密封端帽中心，且直径较小的底端通过螺纹压环固定有不锈钢丝网；粉气分离器通过密封端帽直径较大的顶端上的阶梯通孔与粉气输入腔连接，而直径较小的底端深入粉气输入腔内部。

4.如权利要求3所述的激光粉末加工旁轴送粉工作头，其特征在于，所述密封端帽直径较小的底端延伸至快插接头的输入口的下边线，快插接头输入口在粉气输入腔上部但其轴线不与粉气分离器的轴线相交而是存在一定距离。

5.如权利要求1所述的激光粉末加工旁轴送粉工作头，其特征在于，所述粉末输送部分包括第二送粉管、第三送粉管和送粉喷嘴，它们依次连接，且第二送粉管的一端与所述加工气输入腔第二端相连。

6.如权利要求1-5任一项所述的激光粉末加工旁轴送粉工作头，其特征在于，其还包括固定支架，其内部设置有阶梯孔，公装配好的送粉工作头穿过，外部设有螺纹孔，以将送粉工作头固定在其他设备上。

7.如权利要求1-5任一项所述的激光粉末加工旁轴送粉工作头，其特征在于，所述粉末汇聚腔内部设置有漏斗形结构，用于汇聚粉末，其外部为圆柱结构，漏斗直径较大的一端与粉气输入腔连接，直径较小的一端与加工气输入腔和第一粉末输送管同轴心连接。

8.如权利要求1-5任一项所述的激光粉末加工旁轴送粉工作头，其特征在于，所述加工气汇聚件漏斗形结构底部具有通粉孔，其漏斗形底部固定连接在加工气输入腔第二端内部。

9.如权利要求5所述的激光粉末加工旁轴送粉工作头，其特征在于，粉气输入腔、粉末汇聚腔、第一粉末输送管、加工气输入腔、加工气汇聚件、第二粉末输送管、第三粉末输送管及送粉喷嘴的安装轴线重合。

10.如权利要求3所述的激光粉末加工旁轴送粉工作头，其特征在于，所述不锈钢丝网目数根据需要进行选择。

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