CN110181046A - 一种消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，属于激光近净成形技术领域。该装置包括进气部件、排气部件、外壳、喷头主体，进气部件和排气部件相对设置在外壳的底部，外壳顶端固定设置有水平的连接支撑块，喷头主体的顶端固定设置在连接支撑块的下端且喷头主体位于外壳的中心，喷头主体包括激光喷头、送丝或送粉管道，送丝或送粉管道均匀设置在激光喷头的外侧，送丝或送粉管道底端固定设置有送丝或送粉管道喷头，送丝或送粉管道喷头的延长线交汇点位于激光喷头中心轴上。本发明的消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置解决飞溅对成形效果的不利影响，同时避免烟尘对激光聚焦镜的附着损伤问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，属于激光近净成形技术领域。
背景技术
在激光近净成形工艺中，成形过程产生的飞溅和烟尘不可避免，随着成形过程的进行，飞溅会溅至已成形区，附在熔道表面，严重影响成形效果，尤其是在成形圆筒形工件时，飞溅层层附着在筒形工件内壁，对表面粗糙度影响极大，这大大增加了工件后处理过程的难度；此外，飞溅大多为金属氧化物和氮化物，附在熔道的某一处，由于其融化温度较金属高，经过再次堆叠成形该处时，飞溅熔渣不会重熔，会形成缺陷，导致成形件应力集中，严重影响零件的力学性能。
另外，成形过程产生的烟尘，会随激光束附着到激光聚焦镜表面，引起镜面模糊、损伤，反射激光的能力差，激光利用率低，还会引起激光束能量在镜面处聚集，使聚焦镜温度升高，在长时间工作条件下，可能导致机器损伤，因此，有必要发明一种消除成形过程产生的飞溅和烟尘的装置，既能保证零件的成形质量，又能提高在长时间工作下的激光利用效率。
发明内容
本发明针对现有技术中激光近净成形工艺飞溅和烟尘的技术问题，提供一种消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，本发明的消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置解决飞溅对成形效果的不利影响，同时避免烟尘对激光聚焦镜的附着损伤问题。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，包括进气部件、排气部件、外壳2、喷头主体5，进气部件和排气部件相对设置在外壳2的底部，外壳2顶端固定设置有水平的连接支撑块，喷头主体5的顶端固定设置在连接支撑块的下端且喷头主体5位于外壳2的中心，喷头主体5包括激光喷头7、送丝或送粉管道6，送丝或送粉管道6均匀设置在激光喷头7的外侧，送丝或送粉管道6底端固定设置有送丝或送粉管道喷头11，送丝或送粉管道喷头11的延长线交汇点位于激光喷头7中心轴上。
所述进气部件包括进气管道和进气块10，进气块10设置在外壳2的底部内壁，进气块10的内部设置空腔，进气块10的进气端设置有进气喷嘴9，进气喷嘴9穿过外壳2的侧壁，进气喷嘴9通过进气管道外接气瓶，进气块10的出气端均匀开设有若干个进气孔。
进一步地，所述外壳2的底部内壁固定设置有定位板Ⅰ和定位板Ⅱ，定位板Ⅰ和定位板Ⅱ均向外壳2的内部延伸，定位板Ⅰ和定位板Ⅱ形成进气块定位件8，进气块定位件8的宽度小于进气块的宽度，进气块10卡设在进气块定位件8中。
进一步地，所述进气块10的出气端的进气孔设置有2排以上，相邻进气孔之间的间距相同；进气块内部空腔中沿进气孔方向设置有进气导流板13。
进一步地，所述排气部件包括排气管道和排气块3，排气块3设置在外壳2的底部内壁且与进气块相对设置，排气块3的内部设置空腔，排气块3的进气端设置有进气口，排气块3的排气端固定设置有排气喷嘴4，排气喷嘴4穿过外壳2的侧壁，排气喷嘴4通过排气管道外接抽气泵。
更进一步地，所述外壳2的底部内壁固定设置有定位板Ⅲ和定位板Ⅳ，定位板Ⅲ和定位板Ⅳ均向外壳2的内部延伸，定位板Ⅲ和定位板Ⅳ形成排气块定位件12，排气块定位件12的宽度小于排气块3的宽度，排气块3卡设在排气块定位件12中。
所述排气块的进气口为喇叭状吸气口，排气块的内部的空腔中沿进气口方向设置有排气导流板14。
所述进气喷嘴9与排气喷嘴4位于同一水平轴线上且水平轴线与激光喷头7的激光束中轴线垂直。
所述进气块10的出气端上平面位于激光喷头的下方，进气块的出气端下平面位于送丝或送粉管道喷头的上方，使得进气块的出气端的进气孔喷出的横向保护气流位于激光喷头与送丝或送粉管道喷头之间；
所述排气块3上平面位于激光喷头的下方，排气块下平面位于送丝或送粉管道喷头的上方，使得排气块的吸气口能够很快吸走横向保护气流以及夹杂在气流中的飞溅和烟尘；
进气块的进气孔吹出稳定的层流，产生负压状态，保证在不吹散飞溅和烟尘的情况下，完整地将飞溅和烟尘吸入层流气体中，并吹送向吸气口，飞溅和烟尘通过排气块排出；
外壳环绕包裹住喷头主体，通过进气孔输送横向层流，将成形过程产生的飞溅和烟尘吹向吸气口，由此可避免飞溅和烟尘对成形工件质量的影响，以及对光路部分的污染和损伤；
本发明消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置原理（见图2）：通过吹送均匀、稳定的横向气流，在工作区域正上方的空间中产生负压梯度状态，可完整的将飞溅和烟尘引导并吸入层流气体中，最终由排气部件排出飞溅和烟尘。
本发明的有益效果：
（1）本发明的横向保护气流可将烟尘完全去除，使其既不能上升附着到激光聚焦镜镜面产生污染，又因层流产生的负压状态，也不能降落至成形件表面，这将大大提升长时间工作下的激光利用率和成形零件的力学性能；
（2）本发明在飞溅未落至成形件表面时，横向保护气流将飞溅吹走送至出气口，避免飞溅在成形零件过程中形成夹杂，提高成形件的力学性能；
（3）本发明的装置结构简单，通用性强，兼容送丝和送粉工艺，且该装置与传统的成形工艺相结合，能大大提高成形效率；
（4）由于传统的激光近净成形工艺中，保护气是通过送丝或送粉管道输送，本发明的横向气流吹送区域避免了其对管道中保护气的影响，烟尘通过激光束喷头进入喷头主体，应在其进入喷头前进行截断，因此本发明的横向气流吹送区域，其上至激光喷头底端，下至送丝或送粉管道底端。
附图说明
图1为消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置的结构示意图；
图2为光外同轴送丝或送粉成形原理示意图；
图3为实施例2进气块结构示意图；
图4为实施例2进气块的内置纵向导流板示意图；
图5为实施例3进气块结构示意图；
图6为实施例3进气块内置横向导流板示意图；
图7为实施例4排气块结构示意图；
图8为实施例4排气块内置横向导流板示意图；
图中：1-连接螺栓、2-外壳、3-排气块、4-排气喷嘴、5-喷头主体、6-送丝或送粉管道、7-激光喷头、8-进气块定位件、9-进气喷嘴、10-进气块、11-送丝或送粉管道喷头、12-排气块定位件、13-进气导流板、14-排气导流板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，包括进气部件、排气部件、外壳2、喷头主体5，进气部件和排气部件相对设置在外壳2的底部，外壳2顶端固定设置有水平的连接支撑块，喷头主体5的顶端通过连接螺栓1固定设置在连接支撑块的下端且喷头主体5位于外壳2的中心，喷头主体5包括激光喷头7、送丝或送粉管道6，送丝或送粉管道6均匀设置在激光喷头7的外侧，送丝或送粉管道6底端固定设置有送丝或送粉管道喷头11，送丝或送粉管道喷头11的延长线交汇点位于激光喷头7中心轴上；
进气部件包括进气管道和进气块10，进气块10设置在外壳2的底部内壁，进气块10的内部设置空腔，进气块10的进气端设置有进气喷嘴9，进气喷嘴9穿过外壳2的侧壁，进气喷嘴9通过进气管道外接气瓶，进气块10的出气端均匀开设有若干个进气孔；
外壳2的底部内壁固定设置有定位板Ⅰ和定位板Ⅱ，定位板Ⅰ和定位板Ⅱ均向外壳2的内部延伸，定位板Ⅰ和定位板Ⅱ形成进气块定位件8，进气块定位件8的宽度小于进气块的宽度，进气块卡设在进气块定位件8中；
进气块的出气端的进气孔设置有2排以上，相邻进气孔之间的间距相同；进气块内部空腔中沿进气孔方向设置有进气导流板；
排气部件包括排气管道和排气块3，排气块3设置在外壳2的底部内壁且与进气块10相对设置，排气块3的内部设置空腔，排气块3的进气端设置有进气口，排气块3的排气端固定设置有排气喷嘴4，排气喷嘴4穿过外壳2的侧壁，排气喷嘴4通过排气管道外接抽气泵；
外壳2的底部内壁固定设置有定位板Ⅲ和定位板Ⅳ，定位板Ⅲ和定位板Ⅳ均向外壳2的内部延伸，定位板Ⅲ和定位板Ⅳ形成排气块定位件12，排气块定位件的宽度小于排气块3的宽度，排气块3卡设在排气块定位件12中。
实施例2：如图1、3和4所示，一种消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，包括进气部件、排气部件、外壳2、喷头主体5，进气部件和排气部件相对设置在外壳2的底部，外壳2顶端固定设置有水平的连接支撑块，喷头主体5的顶端固定设置在连接支撑块的下端且喷头主体5位于外壳2的中心，喷头主体5包括激光喷头7、送丝或送粉管道6，送丝或送粉管道6均匀设置在激光喷头7的外侧，送丝或送粉管道6底端固定设置有送丝或送粉管道喷头11，送丝或送粉管道喷头11的延长线交汇点位于激光喷头7中心轴上；
进气部件包括进气管道和进气块10，进气块10设置在外壳2的底部内壁，进气块10的内部设置空腔，进气块10的进气端设置有进气喷嘴9，进气喷嘴9穿过外壳2的侧壁，进气喷嘴9通过进气管道外接气瓶，进气块10的出气端均匀开设有若干个进气孔；
外壳2的底部内壁固定设置有定位板Ⅰ和定位板Ⅱ，定位板Ⅰ和定位板Ⅱ均向外壳2的内部延伸，定位板Ⅰ和定位板Ⅱ形成进气块定位件8，进气块定位件8的宽度小于进气块的宽度，进气块10卡设在进气块定位件8中；
进气块的出气端的进气孔设置有2排以上，相邻进气孔之间的间距相同；进气块内部空腔中沿进气孔方向设置有进气导流板13；
排气部件包括排气管道和排气块3，排气块3设置在外壳2的底部内壁且与进气块10相对设置，排气块3的内部设置空腔，排气块3的进气端设置有进气口，排气块3的排气端固定设置有排气喷嘴4，排气喷嘴4穿过外壳2的侧壁，排气喷嘴4通过排气管道外接抽气泵；
外壳2的底部内壁固定设置有定位板Ⅲ和定位板Ⅳ，定位板Ⅲ和定位板Ⅳ均向外壳2的内部延伸，定位板Ⅲ和定位板Ⅳ形成排气块定位件12，排气块定位件12的宽度小于排气块3的宽度，排气块卡设在排气块定位件中；
排气块的进气口为喇叭状吸气口，排气块的内部的空腔中沿进气口方向设置有排气导流板14；
进气喷嘴9与排气喷嘴4位于同一水平轴线上且水平轴线与激光喷头7的激光束中轴线垂直；
进气块10的出气端上平面位于激光喷头的下方，进气块的出气端下平面位于送丝或送粉管道喷头的上方，使得进气块的出气端的进气孔喷出的横向保护气流位于激光喷头与粉管道喷头之间；
排气块3上平面位于激光喷头的下方，排气块下平面位于送丝或送粉管道喷头的上方，使得排气块的吸气口能够很快吸走横向保护气流以及夹杂在气流中的飞溅和烟尘；
进气块的进气孔吹出稳定的层流，产生负压状态，保证在不吹散飞溅和烟尘的情况下，完整地将飞溅和烟尘吸入层流气体中，并吹送向吸气口，飞溅和烟尘通过排气块排出；
外壳环绕包裹住喷头主体，通过进气孔输送横向层流，将成形过程产生的飞溅和烟尘吹向吸气口，由此可避免飞溅和烟尘对成形工件质量的影响，以及对光路部分的污染和损伤；
本实施例中在进气块内部添加3个纵向放置的导流板，使导流板均匀分流，而中间层的分流区域进气孔较两侧的少，在工作状态下，相同的气流量由中间层的进气孔送出的气流流速较快，两侧的气流流速稍慢，由此形成层层递减的气压状态，将飞溅和烟尘由相对高压区压入中间层的低压区，再经由横向气流送至吸气口。
实施例3：本实施例消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置与实施例2的消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置结构基本一致，不同之处在于：在进气块内部添加多个横向放置的导流板，中间层的分流区的横截面积较上下两侧大，气流量较大，由相同数量的进气孔送气时，中间层的气流流速快，气压较低，亦可将烟尘压入中间层送出的气流中，即使有部分烟尘逸散入横向保护气流区域的上方，也会在压力的作用下，引导其跟随气流进入吸气口（见图5和图6）。
实施例4：本实施例消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置与实施例2的消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置结构基本一致，不同之处在于：在排气块内部放置两个纵向导流板，使其中间层的吸气口横截面积较小，在工作状态下，中间层的气体流速较快，气压较低，即使有部分飞溅和烟尘未进入中间层，亦会被上下层的排气口所吸收（见图7和图8）。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，其特征在于：包括进气部件、排气部件、外壳（2）、喷头主体（5），进气部件和排气部件相对设置在外壳（2）的底部，外壳（2）顶端固定设置有水平的连接支撑块，喷头主体（5）的顶端固定设置在连接支撑块的下端且喷头主体（5）位于外壳（2）的中心，喷头主体（5）包括激光喷头（7）、送丝或送粉管道（6），送丝或送粉管道（6）均匀设置在激光喷头（7）的外侧，送丝或送粉管道（6）底端固定设置有送丝或送粉管道喷头（11），送丝或送粉管道喷头（11）的延长线交汇点位于激光喷头（7）中心轴上。
2.根据权利要求1所述消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，其特征在于：进气部件包括进气管道和进气块（10），进气块（10）设置在外壳（2）的底部内壁，进气块（10）的内部设置空腔，进气块（10）的进气端设置有进气喷嘴（9），进气喷嘴（9）穿过外壳（2）的侧壁，进气喷嘴（9）通过进气管道外接气瓶，进气块（10）的出气端均匀开设有若干个进气孔。
3.根据权利要求2所述消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，其特征在于：外壳（2）的底部内壁固定设置有定位板Ⅰ和定位板Ⅱ，定位板Ⅰ和定位板Ⅱ均向外壳（2）的内部延伸，定位板Ⅰ和定位板Ⅱ形成进气块定位件（8），进气块定位件（8）的宽度小于进气块（10）的宽度，进气块卡设在进气块定位件（8）中。
4.根据权利要求2所述消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，其特征在于：进气块的出气端的进气孔设置有2排以上，相邻进气孔之间的间距相同；进气块内部空腔中沿进气孔方向设置有进气导流板（13）。
5.根据权利要求2所述消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，其特征在于：排气部件包括排气管道和排气块（3），排气块（3）设置在外壳（2）的底部内壁且与进气块相对设置，排气块（3）的内部设置空腔，排气块（3）的进气端设置有进气口，排气块（3）的排气端固定设置有排气喷嘴（4），排气喷嘴（4）穿过外壳（2）的侧壁，排气喷嘴（4）通过排气管道外接抽气泵。
6.根据权利要求3所述消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，其特征在于：外壳（2）的底部内壁固定设置有定位板Ⅲ和定位板Ⅳ，定位板Ⅲ和定位板Ⅳ均向外壳（2）的内部延伸，定位板Ⅲ和定位板Ⅳ形成排气块定位件（12），排气块定位件（12）的宽度小于排气块（3）的宽度，排气块卡设在排气块定位件（12）中。
7.根据权利要求3所述消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，其特征在于：排气块的进气口为喇叭状吸气口，排气块的内部的空腔中沿进气口方向设置有排气导流板（14）。
8.根据权利要求3所述消除激光近净成形工艺飞溅和烟尘的装置，其特征在于：进气喷嘴（9）与排气喷嘴（4）位于同一水平轴线上且水平轴线与激光喷头（7）的激光束中轴线垂直。
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