CN104694923A - 一种汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，包括中空的喷嘴主体和四根喷粉管，喷嘴主体的上端设有用于与激光头连接的连接套筒，喷嘴主体下端设有锥状激光套，锥状激光套的外周设有四根均匀分布的安装轴，每根安装轴沿所述锥状激光套的切线设置，四根喷粉管分别安装在四根安装轴上，锥状激光套上端设与锥状激光套同轴的转盘，每个喷粉管上设有一摆动销，转盘对应各摆动销设有导向平面，摆动销通过一弹性件压靠导向平面，转盘转动带动摆动销在导向平面的驱动下沿转盘径向直线运动，喷粉管随摆动销的运动可绕安装轴摆动。本发明具有调节方便、粉末流汇聚稳定性好、沉积效率高等优点。

Description

一种汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴。

背景技术

激光熔覆成形技术是通过高能密度聚焦激光束将同轴输送的金属粉末熔化，并沉积到基体表面，与其形成冶金结合的沉积层。运用该技术可以直接制造出具有复杂结构和良好力学性能的全致密三维实体金属零件。激光熔覆成形技术除了能够进行金属零件的直接制造，其典型的应用还包括零件的修复再制造。

激光熔覆成形技术的一个显著的劣势就是沉积效率不高。而粉末输送装置作为激光熔覆成形系统中一项关键技术，它直接影响着金属沉积的质量和效率。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，难以满足激光熔覆成形技术的要求；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，因此需要调整喷粉管的角度以使粉末的汇集性和稳定性最好；此外，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需要调整粉末的入射角度，因此，设计一种汇聚焦距可调的送粉喷嘴，在不同加工条件下实现合适的粉光匹配，以提高金属沉积的效率是非常必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、调节方便、粉末流汇聚稳定性好、沉积效率高的汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，包括中空的喷嘴主体和四根喷粉管，所述喷嘴主体的上端设有用于与激光头连接的连接套筒，所述喷嘴主体下端设有锥状激光套，所述锥状激光套的外周设有四根均匀分布的安装轴，每根所述安装轴沿所述锥状激光套的切线设置，四根所述喷粉管分别安装在四根安装轴上，所述锥状激光套上端设与锥状激光套同轴的转盘，每个所述喷粉管上设有一摆动销，所述转盘对应各摆动销设有导向平面，所述摆动销通过一弹性件压靠所述导向平面，所述转盘转动带动所述摆动销在所述导向平面的驱动下沿转盘径向直线运动，所述喷粉管随摆动销的运动可绕所述安装轴摆动。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述喷嘴主体上设有进水通道和出水通道，所述锥状激光套内设有冷却套，所述冷却套的外壁与所述锥状激光套的内壁形成冷却通道，所述进水通道和出水通道均与所述冷却通道连通。

所述喷嘴主体上设有四个周向均匀分布的保护气体通道，所述保护气体通道与所述喷嘴主体的内孔连通。

所述转盘的上方设有一固定盘，所述转盘上设有连接板，所述连接板一端设有锁紧部，所述锁紧部径向伸出所述固定盘，并抵靠在所述固定盘的周向面上，所述锁紧部上设有锁紧螺钉。

所述导向平面与所述转盘的径向纵截面的夹角为锐角。

四个所述导向平面为旋转对称图形。

所述弹性件为扭簧，所述摆动销夹设在所述扭簧的扭臂与导向平面之间。

所述喷粉管的直径为1mm-2mm，长度为10mm-15mm。所述固定盘下端面设有环形凹槽，所述弹性件和摆动销置于所述环形凹槽内。

所述转盘通过手动调节或者驱动电机调节。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，每个喷粉管上设有一摆动销，转盘对应各摆动销设有导向平面，摆动销通过一弹性件压靠导向平面，转盘转动带动摆动销在导向平面的驱动下沿转盘径向直线运动，喷粉管随摆动销的运动可绕安装轴摆动，转盘转动时，由于摆动销固定在喷粉管上，不随导向平面转动而转动，而是在导向平面转动下产生沿转盘的径向直线移动，并带动喷粉管绕安装轴摆动，从而调节喷粉管的喷粉角度使其与激光束汇聚成一点，实现激光熔覆；本实施的送粉喷嘴，通过转盘的旋转，可同步调节四个喷粉管的喷粉角度，使得四路喷粉管的中心线聚焦在一点，调节方便，粉末流汇聚稳定性好，并且与激光束合适匹配，获得一个最佳的汇聚角度，提高沉积效率；同时，还可实现粉末流汇聚焦距在一定范围内无级调节。

（2）本发明汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，喷粉管为独立组件，在某一个喷粉管堵粉或损坏时，可直接更换。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明中转盘的结构示意图。

图3是图2的A-A视图。

图4是本发明的立体结构示意图。

图5是本发明中进气口、进水口、出水口的位置示意图。

图6是本发明中喷粉管摆动至最小角度的示意图。

图7是本发明中喷粉管摆动至最大角度的示意图。

图中各标号表示：

1、喷嘴主体；11、进水通道；111、进水口；121、出水口；13、保护气体通道；131、进气口；2、喷粉管；21、安装块；3、连接套筒；4、锥状激光套；41、冷却套；42、安装支架；5、安装轴；6、转盘；61、导向平面；62、连接板；621、锁紧部；622、锁紧螺钉；71、摆动销；72、弹性件；8、固定盘；81、环形凹槽；9、激光束。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1至图7示出了本发明汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴的一种实施例，该汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，包括中空的喷嘴主体1和四根喷粉管2，喷嘴主体1的上端设有用于与激光头连接的连接套筒3，连接套筒3通过螺钉可拆卸的与喷嘴主体1连接，喷嘴主体1下端设有锥状激光套4，锥状激光套4的外周设有四根均匀分布的安装轴5，每根安装轴5沿锥状激光套4的切线设置，四根喷粉管2分别安装在四根安装轴5上，锥状激光套4上端设与锥状激光套4同轴的转盘6，每个喷粉管2上设有一摆动销71，转盘6对应各摆动销71设有导向平面61，摆动销71通过一弹性件72压靠导向平面61，转盘6转动带动摆动销71在导向平面61的驱动下沿转盘6径向直线运动，喷粉管2随摆动销71的运动可绕安装轴5摆动。每根喷粉管2通过外周设有安装块21，安装轴5穿过安装块21，两端安装在锥状激光套4外周的安装支架42上；如图2所示，转盘6转动时，由于摆动销71固定在喷粉管2上，不随导向平面61转动而转动，而是在导向平面61转动下产生沿转盘6的径向直线移动，并带动喷粉管2绕安装轴5摆动，从而调节喷粉管2的喷粉角度使其与激光束9汇聚成一点，实现激光熔覆；本实施的送粉喷嘴，通过转盘6的旋转，可同步调节四个喷粉管2的喷粉角度，使得四路喷粉管2的中心线聚焦在一点，调节方便，粉末流汇聚稳定性好，并且与激光束9的合适匹配，获得一个最佳的汇聚角度，提高沉积效率；同时，还可实现粉末流汇聚焦距在一定范围内无级调节。

本实施例中，四个喷粉管2之间相互，可拆卸的安装在锥状激光套4上，当其中一个喷粉管2堵粉或损坏时，可直接更换，不会造成整个喷嘴报废；本实施例的喷嘴适用于激光熔覆成形，尤其适用于兼顾成形精度和效率、激光焦点可调以及狭隙工件修复的应用场合。

本实施例中，转盘6通过手动调节或者驱动电机调节。可根据不同激光焦距下激光光斑大小，通过转动转盘6来调节粉末汇聚焦距，实现合适的粉光匹配，调节方式可通过手动或驱动电机实时调节，驱动电机可由单独电信号控制，也可采用激光光斑聚焦点信息控制，以实现粉斑与光斑焦点的自动同步跟踪。

本实施例中，喷嘴主体1上设有进水通道11和出水通道（图中未示出），锥状激光套4内设有冷却套41，冷却套41的外壁与锥状激光套4的内壁形成冷却通道，进水通道11和出水通道均与冷却通道连通。本实施中的喷嘴冷却方式为内冷却，能够有效地带走加工过程中产生的大量热量，同时也给锥状激光套4外部的四路喷粉管2提供了更大的活动空间，使得粉末流汇聚焦距调节范围增大，冷却套41与喷嘴主体1和锥状激光套4的连接处设有O型密封圈，提高冷却通道的密封性；喷嘴主体1上设有四个周向均匀分布的保护气体通道13，保护气体通道13与喷嘴主体1的内孔连通，保护气体通道13的进气口131设置在喷嘴主体1上端，进水通道11的进水口111、出水通道的出水口121以及四个进气口131布置如图5所示，保护气体通道13的入射角为45°。

本实施例中，转盘6的上方设有一固定盘8，固定盘8通过螺钉固定在喷嘴主体1的下端，转盘6上设有连接板62，连接板62一端设有锁紧部621，锁紧部621径向伸出固定盘8，并抵靠在固定盘8的周向面上，锁紧部621上设有锁紧螺钉622。如图3和图4所示，将四个锁紧螺钉622拧紧，使转盘6与固定盘8锁紧固定，限制转盘6转动，保证喷粉管2定位在一个合适的角度，从而可获得稳定可靠的聚焦粉末流。弹性件72为扭簧，摆动销71夹设在扭簧的扭臂与导向平面61之间，扭簧的另一个扭臂固定，确保扭簧有对摆动销71有足够的压紧力以使摆动销71压靠在导向平面61上。固定盘8下端面设有环形凹槽81，弹性件72和摆动销71置于环形凹槽81内，使喷嘴整体结构紧凑，节约空间。

本实施例中，导向平面61与转盘6的径向纵截面的夹角为锐角，可保证导向平面61转动时，摆动销71具有一个比较大的径向位移。四个导向平面61为旋转对称图形，保证四个喷粉管2摆动的角度相同。

喷粉管2的直径为1mm-2mm，长度为10mm-15mm，本实施例中，喷粉管2的直径为1mm，喷粉管2内壁抛光处理，喷粉管2的长度为10 mm，较长的粉末通道使得粉末流有较好的汇聚性和挺度，有效地提高零件的沉积效率，且为独立组件，在某一个喷粉管2堵粉或损坏时，可直接更换。

图6和图7示出了粉末流汇聚焦距S的最大值和最小值，通过转动转盘6，使得粉末流汇聚焦距S的可调节范围为20~40mm，即最大为40 mm，最小为20 mm，喷粉管2摆动的角度越大，粉末流汇聚焦距S越小；在沉积较大型零件时，为了兼顾沉积质量和效率，在沉积零件边缘轮廓时，可调节至较长粉末流汇聚焦距提高沉积零件的精度，在零件内部填充扫描时，可调节至较短粉末流汇聚焦距来提高沉积效率。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对。

Claims (10)

1.一种汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，包括中空的喷嘴主体（1）和四根喷粉管（2），所述喷嘴主体（1）的上端设有用于与激光头连接的连接套筒（3），所述喷嘴主体（1）下端设有锥状激光套（4），其特征在于：所述锥状激光套（4）的外周设有四根均匀分布的安装轴（5），每根所述安装轴（5）沿所述锥状激光套（4）的切线设置，四根所述喷粉管（2）分别安装在四根安装轴（5）上，所述锥状激光套（4）上端设与锥状激光套（4）同轴的转盘（6），每个所述喷粉管（2）上设有一摆动销（71），所述转盘（6）对应各摆动销（71）设有导向平面（61），所述摆动销（71）通过一弹性件（72）压靠所述导向平面（61），所述转盘（6）转动带动所述摆动销（71）在所述导向平面（61）的驱动下沿转盘（6）径向直线运动，所述喷粉管（2）随摆动销（71）的运动可绕所述安装轴（5）摆动。

2.根据权利要求1所述的汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述喷嘴主体（1）上设有进水通道（11）和出水通道，所述锥状激光套（4）内设有冷却套（41），所述冷却套（41）的外壁与所述锥状激光套（4）的内壁形成冷却通道，所述进水通道（11）和出水通道均与所述冷却通道连通。

3.根据权利要求2所述的汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述喷嘴主体（1）上设有四个周向均匀分布的保护气体通道（13），所述保护气体通道（13）与所述喷嘴主体（1）的内孔连通。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述转盘（6）的上方设有一固定盘（8），所述转盘（6）上设有连接板（62），所述连接板（62）一端设有锁紧部（621），所述锁紧部（621）径向伸出所述固定盘（8），并抵靠在所述固定盘（8）的周向面上，所述锁紧部（621）上设有锁紧螺钉（622）。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述导向平面（61）与所述转盘（6）的径向纵截面的夹角为锐角。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，其特征在于：四个所述导向平面（61）为旋转对称图形。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述弹性件（72）为扭簧，所述摆动销（71）夹设在所述扭簧的扭臂与导向平面（61）之间。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述喷粉管（2）的直径为1mm-2mm，长度为10mm-15mm。

9.根据权利要求4所述的汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述固定盘（8）下端面设有环形凹槽（81），所述弹性件（72）和摆动销（71）置于所述环形凹槽（81）内。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的汇聚焦距可调的四管式同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述转盘（6）通过手动调节或者驱动电机调节。