CN110747463B - 一种旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，包括送粉模块和转动的喷嘴转换机构，喷嘴转换机构包括转换底盘和转换喷嘴，转换底盘上设有与送粉模块卡接并与转换喷嘴连接的卡接部，卡接部上设有卡接通孔，送粉模块通过卡接通孔与转换喷嘴连通用于送粉；送粉模块外侧设有用于冷却转换喷嘴的冷却机构。本发明通过设置转换喷嘴，便于根据激光熔覆的工况不同而选择合适的送粉喷嘴，其中一个喷嘴的送粉区域可调，使得本发明的适应性更强；设置卡接部与送粉模块卡接，方便快捷的切换喷嘴并使其与送粉模块连通；设置冷却机构冷却转换喷嘴，避免送粉喷嘴持续工作发热导致送粉不均，而造成浪费严重以及送粉喷嘴与光斑定位不准确等问题。

Description

一种旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴

技术领域

本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴。

背景技术

激光熔覆是当前非常热门的技术之一，发展非常迅速，应用的前景非常广泛，而送粉喷嘴的设计则是其核心技术之一。激光熔覆技术分为两个方面，一种是同轴激光熔覆，它的基本构造是激光位于最中心的圆内，而粉末则处于激光的外圆环中，把粉末直接送入激光中形成熔池，继而在工件表面进行特殊材料的熔覆。另一种则是旁轴激光熔覆侧向送粉喷嘴的形式，它的基本机构可以分为两个方面，其一是激光，形状为矩形；其二是送粉喷嘴，他与激光是分开的，位于激光器旁边，因而称旁轴送粉喷嘴，送粉喷嘴与激光的形状相适应，其喷嘴也是矩形的。旁轴激光熔覆的工作原理有两种，一种是旁轴送粉喷嘴调整好角度、距离，直接将粉末送入矩形激光内，形成熔池后将熔化的材料覆盖在工件表面，另外一种则是预铺的形式，旁轴喷嘴先将粉末预铺于工件表面，而后激光遵循固定的轨迹从预铺粉末的上方经过并将其熔化于工件的表面形成熔覆。

目前正在应用的喷嘴面临着解决持续工作导致送粉喷嘴易过热、送粉量不均匀，中间多两边少，浪费严重、送粉喷嘴与光斑定位不准确等不足。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提出一种旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，用以解决现有技术中送粉喷嘴持续工作易过热导致送粉量不均匀的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，包括送粉模块和转动连接在送粉模块上的喷嘴转换机构，所述喷嘴转换机构包括转换底盘和连接在转换底盘上的转换喷嘴，所述转换底盘上设有用于与送粉模块卡接的卡接部，转换喷嘴连接在卡接部上，卡接部上设有卡接通孔，送粉模块通过所述卡接通孔与转换喷嘴连通用于送粉；所述送粉模块上设有用于冷却转换喷嘴的冷却机构。

进一步地，所述冷却机构包括设置在送粉模块外侧用于输入冷却液的进液管和用于输出冷却液的出液管，转换喷嘴上相应地设有冷却液通道，进液管和出液管均与冷却液通道连通。

进一步地，所述转换底盘上均匀布置有至少二个卡接部，所述卡接部上设有一一对应的转换喷嘴，所述卡接部朝向转换底盘与送粉模块连接处的一侧设有卡槽，卡接通孔设在该卡槽内，所述送粉模块的出粉端设有与卡槽相配合的凸沿和与卡接通孔相通的出粉口；所述卡接部远离转换底盘与送粉模块连接处的一侧通过固定挡块固定转换喷嘴，所述固定挡块上设有与卡接通孔相对应的挡块通孔，所述转换喷嘴通过挡块通孔与所述卡接通孔连通。

进一步地，所述转换喷嘴为三个异形喷嘴，异形喷嘴为第一喷嘴和/或第二喷嘴和/或第三喷嘴。

进一步地，所述第一喷嘴包括与送粉模块相通的第一矩形筒体和沿送粉方向设在第一矩形筒体中部的用于限定送粉区域的第一锥形挡板，所述第一锥形挡板的垂直于送粉方向的截面为椭圆形，且所述第一锥形挡板的垂直于送粉方向的截面沿送粉方向逐渐增大；第一矩形筒体内设有用于形成第一环形冷却液通道的第一环形夹层，第一矩形筒体上设有分别与第一环形冷却液通道连通的冷却液进口管和冷却液出口管。

进一步地，所述第二喷嘴包括与送粉模块相通的第二矩形筒体和沿送粉方向设在第二矩形筒体中部的用于限定送粉区域的第二锥形挡板，所述第二锥形挡板的垂直于送粉方向的截面为矩形，且所述第二锥形挡板的垂直于送粉方向的截面沿送粉方向逐渐增大；第二矩形筒体内设有用于形成第二环形冷却液通道的第二环形夹层，第二矩形筒体上设有分别与第二环形冷却液通道连通的冷却液进口管和冷却液出口管。

进一步地，所述第三喷嘴包括与送粉模块相通的第三矩形筒体和设在第三矩形筒体内的用于调节送粉区域的可调挡板，所述可调挡板为两个、沿送粉方向对称布置在第三矩形筒体内；第三矩形筒体内设有用于形成第三环形冷却液通道的第三环形夹层，第三矩形筒体上设有分别与第三环形冷却液通道连通的冷却液进口管和冷却液出口管。

进一步地，所述可调挡板上连接有用于在垂直于送粉方向上移动可调挡板的调节块，第三矩形筒体的相应位置设有用于容纳调节块并限制调节块在垂直于送粉方向上移动的凹槽，凹槽底部设有螺纹孔，第三矩形筒体外侧设有用于推动可调挡板的螺钉通过螺纹孔连接调节块

本发明的有益效果：本发明通过设置三个异形喷嘴，便于根据激光熔覆的工况不同而选择合适的喷嘴进行送粉，其中一个喷嘴的送粉区域可调，方便根据需要灵活地调整送粉区域，使得本发明的适应性更强；通过在转换底盘上设置卡接部与送粉模块卡接，可以方便快捷的转换喷嘴并使得转换喷嘴与送粉模块连通；通过设置冷却机构输送冷却液冷却转换喷嘴，避免送粉喷嘴持续工作发热导致送粉不均，而造成浪费严重以及送粉喷嘴与光斑定位不准确等问题；并且在三个转换喷嘴内设置环形冷却液通道与冷却机构连通，使得冷却效果最大化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图一。

图2为本发明的结构示意图二。

图3为本发明的侧视图。

图4为本发明的转换底盘的结构示意图。

图5为本发明的冷却模块的结构示意图。

图6为本发明的冷却模块的剖视图。

图7为本发明的第一喷嘴的结构示意图。

图8为图7的A-A截面的剖视图。

图9为图7的B-B截面的剖视图。

图10为本发明的第二喷嘴的结构示意图。

图11为图10的A-A截面的剖视图。

图12为图10的B-B截面的剖视图。

图13为本发明的第三喷嘴的结构示意图。

图14为图13的A-A截面的剖视图。

图15为图13的B-B截面的剖视图。

图16为本发明的固定挡块的结构示意图一。

图17为本发明的固定挡块的结构示意图二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图4所示， 一种旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，包括送粉模块1和转动连接在送粉模块1上的喷嘴转换机构，所述喷嘴转换机构包括转换底盘2和连接在转换底盘2上的转换喷嘴，所述转换底盘2上设有与送粉模块1卡接的卡接部21，转换喷嘴与卡接部21连接，卡接部21上设有卡接通孔211，送粉模块1通过所述卡接通孔211与转换喷嘴连通用于送粉；所述送粉模块1上设有用于冷却转换喷嘴的冷却机构3。通过设置转换喷嘴，可使转换喷嘴用于不同工况下的激光熔覆；通过卡接部21卡接送粉模块1，便于在切换转换喷嘴时，能快速连接转换喷嘴与送粉模块1，提高切换速率；同时在送粉模块1外侧设有冷却机构3便于利用冷却液冷却持续工作的转换喷嘴避免发热导致送粉不均。

如图1和图2所示，冷却机构3包括设置在送粉模块1外侧的进液管31和出液管32，转换喷嘴上相应地设有冷却液通道，进液管31和出液管32均与冷却液通道连通。进液管31的进液端通过软管连接输送冷却液设备，本实施例中，该设备为水泵。进液管31的出液端可拆连接转换喷嘴用于送入冷却液，出液管32的进液端可拆连接转换喷嘴用于排出冷却后的冷却液，出液管32的出液端通过软管连接回收机构，待冷却后下一次使用。进液管31和出液管32与转换喷嘴拆开后可以上下摆动不影响切换转换喷嘴。此外，送粉模块1上侧设有支撑出液管32的方形支撑柱，送粉模块1的两侧设有支撑进液管31的支架。

进一步地，如图1、图2和图3所示，送粉模块1上设有转轴11，所述转换底盘2中部设有深沟球轴承22，所述转换底盘2通过深沟球轴承22套设在转轴11上与所述送粉模块1转动连接，深沟球轴承22使得转换喷嘴的切换灵活快捷。具体地，送粉模块1在设置方形支撑柱的位置的下侧设置开口朝下的方形固定槽，转轴11上端固定有方形块能插入在方形固定槽中进行固定。所述转换底盘2中心设有轴承孔，轴承孔上部设有径向向内的凸边，转轴11本体为圆柱形下部设有径向向外的凸环，转轴11穿过深沟球轴承22后再穿过轴承孔，方形块大小不影响转轴11穿过深沟球轴承22的内圈，转轴11轴承孔将深沟球轴承22卡紧，深沟球轴承22的内圈与转轴11过盈配合，凸环与凸边卡住深沟球轴承防止掉落，之后在转轴11上套入套筒12，最后转轴11上端方形块伸入送粉模块1的方形固定槽中，该方形固定槽底部设有圆孔，转轴11上端的方形块设有螺纹孔，支撑出液管32的方形支撑柱下端设有与螺纹孔匹配的螺柱，该螺柱穿过圆孔后与螺纹孔旋紧固定转轴11，转换喷嘴的切换转动方向与该螺纹孔的旋向相反避免切换转换喷嘴时掉落，同时套筒12使送粉模块1与转换底盘2之间有一定距离不影响相对转动并防止二者上下相对移动。

进一步地，如图4、图5、图6、图16和图17所示，所述转换底盘2上均匀布置有至少二个卡接部21，卡接部21个数与转换喷嘴个数对应，所述卡接部21朝向转换底盘2与送粉模块1连接处的一侧设有卡槽，卡接通孔211设在该卡槽内，所述送粉模块1的出粉端设有与卡槽相配合的凸沿和与卡接通孔211相通的出粉口，卡槽与凸沿的卡接较紧密，避免转换喷嘴工作时出现晃动或是转换底盘2的转动；所述卡接部21远离转换底盘2与送粉模块1连接处的一侧通过固定挡块7固定转换喷嘴。所述固定挡块7为近似Z字形的结构，固定挡块7上侧的横边搭在卡接部21上侧并通过螺丝钉与卡接部21固定，方便该固定挡块7的拆装，同时在固定挡块7上侧横边的后端下侧设置一段竖直边，该竖直边能够在固定挡块7固定在卡接部21上后抵紧卡接部21的外侧，固定挡块7的后端通过螺丝钉与转换喷嘴的送粉入口端的筒体固定。所述固定挡块7上设有挡块通孔71，该挡块通孔71前端开设在竖直边上且与卡接通孔211相对准，该挡块通孔71后部斜向下延伸至固定挡块7的后端与转换喷嘴的送粉入口对准，所述转换喷嘴通过挡块通孔71与所述卡接通孔211连通，则送分模块1的出粉端通过卡接通孔211、挡块通孔71与转换喷嘴的送粉入口相通便于送粉。切换转换喷嘴时，先拆开进液管31和出液管32与转换喷嘴的连接，转动转换底盘2，使送粉模块1出粉端的凸沿卡入卡接部21的卡槽内并对齐，使得送粉模块1出粉端与卡接通孔相通，则送粉模块1出粉端与卡接通孔211、挡块通孔71和转换喷嘴连通，然后再分别将进液管31和出液管32与转换后的转换喷嘴连接即可。工作时输送冷却液设备即可将冷却液通过进液管31送入转换喷嘴内对转换喷嘴冷却，之后再在输送冷却液设备的作用，冷却液被挤出转换喷嘴通过出液管32输送到回收机构，待冷却后下一次使用。

如图1、图2和图7~图9所示，所述转换喷嘴为三个异形喷嘴，异形喷嘴为第一喷嘴4和/或第二喷嘴5和/或第三喷嘴6，相应地，卡接部21和固定挡块7均设有三个。本实施例中，三个异形喷嘴分别为第一喷嘴4、第二喷嘴5和第三喷嘴6，其他实施例中三个异形喷嘴可重复的选择第一喷嘴4或第二喷嘴5或第三喷嘴6进行组合。所述第一喷嘴4包括与送粉模块1相通的第一矩形筒体41和沿送粉方向设在第一矩形筒体4中部的用于限定送粉区域的第一锥形挡板42，在第一矩形筒体41的送粉入口端通过上下两个固定块固定第一锥形挡板42；所述第一锥形挡板42的垂直于送粉方向的截面为椭圆形，且所述第一锥形挡板42的垂直于送粉方向的截面沿送粉方向逐渐增大；第一矩形筒体41内设有用于形成第一环形冷却液通道43的第一环形夹层，第一环形冷却液通道43几乎从第一矩形筒体41的送粉入口端延伸至出粉口端，能够最大效果的对第一喷嘴4冷却，避免喷嘴过热导致送粉不均的问题。第一矩形筒体41上设有分别与第一环形冷却液通道43连通的冷却液进口管44和冷却液出口管45。第一矩形筒体41送粉入口端与对应的固定挡块7固定并相通。第一锥形挡板42对送粉区域进行遮挡使得第一锥形挡板42与第一矩形筒体41之间的区域为送粉区域，在这个区域里，中间的送粉量小而两边的送粉量多。熔覆后基体表面的涂层更加的平整、光滑，需要后期打磨的工作量减小，并且节约了粉末的使用量。进液管31的出液端可通过管通连接第一喷嘴4的冷却液进口管，第一喷嘴4的冷却液出口管可通过管通连接出液管32的进液端，在切换转换喷嘴时，管通方便拆装进液管31、出液管32与转换喷嘴的连接。

如图1、图2和图10~图12所示，所述第二喷嘴5包括与送粉模块1相通的第二矩形筒体51和沿送粉方向设在第二矩形筒体51中部的用于限定送粉区域的第二锥形挡板52，在第二矩形筒体51的送粉入口端通过上下两个固定块固定第二锥形挡板52；所述第二锥形挡板52的垂直于送粉方向的截面为矩形，且所述第二锥形挡板52的垂直于送粉方向的截面沿送粉方向逐渐增大；第二矩形筒体51内设有用于形成第二环形冷却液通道53的第二环形夹层。第二环形冷却液通道53几乎从第二矩形筒体51的送粉入口端延伸至出粉口端，能够最大效果的对第二喷嘴5冷却，避免喷嘴过热导致送粉不均的问题。第二矩形筒体51上设有分别与第二环形冷却液通道53连通的冷却液进口管54和冷却液出口管55。第二矩形筒体51送粉入口端与对应的固定挡块7固定并相通。第二锥形挡板52对送粉区域进行遮挡使得第二锥形挡板52与第二矩形筒体51之间的区域为送粉区域，第二锥形挡板52与第二矩形筒体51尺寸设置使得二者之间形成的送粉区域能够达到熔覆均匀的效果。第二锥形挡板52矩形截面的矩形为第一锥形挡板42椭圆形截面的外接矩形，并且由于第二矩形筒体51与第一矩形筒体41的大小相等，使得第二锥形挡板52与第二矩形筒体51之间的送粉区域比第一锥形挡板42与第一矩形筒体41之间的送粉区域面积小，故第二喷嘴5的送粉量比第一喷嘴4小，所以第二喷嘴5适合熔覆对涂层要求较薄的工况，进一步简化后期打磨的工作量和达到节约粉末的作用。进液管31的出液端可通过管通连接第二喷嘴5的冷却液进口管，第二喷嘴5的冷却液出口管可通过管通连接出液管32的进液端，在切换转换喷嘴时，管通方便拆装进液管31、出液管32与转换喷嘴的连接。

如图1、图2和图13~图15所示，所述第三喷嘴6包括与送粉模块1相通的第三矩形筒体61和设在第三矩形筒体61内的用于调节送粉区域的可调挡板62，所述可调挡板62为两个、沿送粉方向对称布置在第三矩形筒体61内，两个可调挡板62之间形成送粉区域；第三矩形筒体61内设有用于形成第三环形冷却液通道63的第三环形夹层。第三环形冷却液通道63几乎从第三矩形筒体61的送粉入口端延伸至出粉口端，能够最大效果的对第三喷嘴6冷却，避免喷嘴过热导致送粉不均的问题。第三矩形筒体61上设有分别与第三环形冷却液通道63连通的冷却液进口管64和冷却液出口管65。第三矩形筒体61送粉入口端与对应的固定挡块7固定并相通。通过调节可调挡板6的位置对送粉区域进行限定用于改变送粉区域大小。进液管31的出液端可通过管通连接第三喷嘴6的冷却液进口管，第三喷嘴6的冷却液出口管可通过管通连接出液管32的进液端，在切换转换喷嘴时，管通方便拆装进液管31、出液管32与转换喷嘴的连接。

进一步地，如图13~图15所示，所述可调挡板62上连接有用于在垂直于送粉方向上移动可调挡板62的调节块66，第三矩形筒体61的相应位置设有用于容纳调节块66并限制调节块66在垂直于送粉方向上移动的凹槽，凹槽底部设有螺纹孔，第三矩形筒体61外侧设有用于推动可调挡板62的螺钉67通过螺纹孔连接调节块66。通过旋转螺钉67推动调节块66在凹槽内移动带动可调挡板62在垂直于送粉方向上向中间移动和向两侧移动，用于改变两个可调挡块62之间形成的送粉区域。该送粉区域的面积能够调节的比第一喷嘴4、第二喷嘴5的送粉区域面积要大得多，从而可以实现对涂层厚度要求较高的工况。

此外，如图16和图17所示，固定挡块7朝向转换喷嘴的一端的两侧还伸出两个支撑臂用于支撑转换喷嘴的冷却液进口管。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，其特征在于，包括送粉模块（1）和转动连接在送粉模块（1）上的喷嘴转换机构，所述喷嘴转换机构包括转换底盘（2）和连接在转换底盘（2）上的转换喷嘴，所述转换底盘（2）上设有用于与送粉模块（1）卡接的卡接部（21），转换喷嘴连接在卡接部（21）上，卡接部（21）上设有卡接通孔（211），送粉模块（1）通过所述卡接通孔（211）与转换喷嘴连通用于送粉；所述送粉模块（1）上设有用于冷却转换喷嘴的冷却机构（3）；所述转换喷嘴为三个异形喷嘴，所述异形喷嘴为第一喷嘴（4）；所述第一喷嘴（4）包括与送粉模块（1）相通的第一矩形筒体（41）和沿送粉方向设在第一矩形筒体（4）中部的用于限定送粉区域的第一锥形挡板（42），所述第一锥形挡板（42）的垂直于送粉方向的截面为椭圆形，且所述第一锥形挡板（42）的垂直于送粉方向的截面沿送粉方向逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，其特征在于，所述冷却机构（3）包括设置在送粉模块（1）外侧用于输入冷却液的进液管（31）和用于输出冷却液的出液管（32），转换喷嘴上相应地设有冷却液通道，进液管（31）和出液管（32）均与冷却液通道连通。

3.根据权利要求1或2所述的旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，其特征在于，所述转换底盘（2）上均匀布置有至少二个卡接部（21），所述卡接部（21）上设有一一对应的所述转换喷嘴，所述卡接部（21）朝向转换底盘（2）与送粉模块（1）连接处的一侧设有卡槽，卡接通孔（211）设在该卡槽内，所述送粉模块（1）的出粉端设有与卡槽相配合的凸沿和与卡接通孔（211）相通的出粉口；所述卡接部（21）远离转换底盘（2）与送粉模块（1）连接处的一侧通过固定挡块（7）固定转换喷嘴，所述固定挡块（7）上设有与卡接通孔（211）相对应的挡块通孔（71），所述转换喷嘴通过挡块通孔（71）与所述卡接通孔（211）连通。

4.根据权利要求3所述的旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，其特征在于，所述第一矩形筒体（41）内设有用于形成第一环形冷却液通道（43）的第一环形夹层，第一矩形筒体（41）上设有分别与第一环形冷却液通道（43）连通的冷却液进口管和冷却液出口管。

5.根据权利要求1或2或4所述的旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，其特征在于，所述异形喷嘴还包括第二喷嘴（5）和/或第三喷嘴（6），所述第二喷嘴（5）包括与送粉模块（1）相通的第二矩形筒体（51）和沿送粉方向设在第二矩形筒体（51）中部的用于限定送粉区域的第二锥形挡板（52），所述第二锥形挡板（52）的垂直于送粉方向的截面为矩形，且所述第二锥形挡板（52）的垂直于送粉方向的截面沿送粉方向逐渐增大；第二矩形筒体（51）内设有用于形成第二环形冷却液通道（53）的第二环形夹层，第二矩形筒体（51）上设有分别与第二环形冷却液通道（53）连通的冷却液进口管和冷却液出口管。

6.根据权利要求5所述的旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，其特征在于，所述第三喷嘴（6）包括与送粉模块（1）相通的第三矩形筒体（61）和设在第三矩形筒体（61）内的用于调节送粉区域的可调挡板（62），所述可调挡板（62）为两个、沿送粉方向对称布置在第三矩形筒体（61）内；第三矩形筒体（61）内设有用于形成第三环形冷却液通道（63）的第三环形夹层，第三矩形筒体（61）上设有分别与第三环形冷却液通道（63）连通的冷却液进口管和冷却液出口管。

7.根据权利要求6所述的旁轴激光熔覆三路对称可转换送粉喷嘴，其特征在于，所述可调挡板（62）上连接有用于在垂直于送粉方向上移动可调挡板（62）的调节块（66），第三矩形筒体（61）的相应位置设有用于容纳调节块（66）并限制调节块（66）在垂直于送粉方向上移动的凹槽，凹槽底部设有螺纹孔，第三矩形筒体（61）外侧设有用于推动可调挡板（62）的螺钉（67）通过螺纹孔连接调节块（66）。

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