CN114247880A - 一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置，属于材料加工领域，此装置包括气氛室、收集器、工作台、磨削电机和激光头，激光头、磨削电机、工作台和收集器均设置在气氛室内部，工作台上连接有工作台驱动器；磨削电机上连接有磨削刀头，磨削刀头设置在工作台的上方，工作台上放置有金属块；收集器上靠近工作台的一侧设置有收集口，收集口的中心与金属块和磨削刀头的接触处设置在同一直线上；激光头的上方连接有光纤。本发明利用低能高效的磨削加工方法将金属块体破碎成细小粉末颗粒，再用激光束将高温粉末加热熔化成液滴，使磨削形成的不规则颗粒转化成球形，此结构简答，便于操作，实现了球形金属粉末的高效、低耗加工。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，尤其是涉及一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置及方法。
背景技术
随着金属增材制造技术的迅速发展，对金属粉末的需求日益增加，亟需开发一种方便、经济的球形金属粉末制备技术。目前，球形金属粉末的主要制备方法有气雾化法、水雾化法、超声雾化法、旋转电极雾化法，及其组合制粉方法。球形金属粉末制备的基本原理是通过一定形式的热源将金属熔化，然后再使用一定形式的能量将液体分散成细小液滴。激光作为一种新型热源，具有能量和时间分辨高的优势，在金属加工领域应用越来越广泛。高能密度激光可以迅速熔化、汽化甚至热电离金属材料，产生沸腾爆炸和库伦爆炸现象，对材料表面产生刻蚀效果，因此，激光集加热熔化和分散液滴于一体，可以用于制备金属粉末。高能激光雾化已经在制备金属粉末材料方面得到了应用。然而激光制粉存在三个方面不足：一是耗能大，成本高；二是生产效率低；三是粉末加热温度高，合金元素烧损严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置及方法，利用低能高效的磨削加工方法将金属块体破碎成细小粉末颗粒，再用激光束将高温粉末加热熔化成液滴，使磨削形成的不规则颗粒转化成球形，此结构简答，便于操作，实现了球形金属粉末的高效、低耗加工。
为实现上述目的，本发明提供了一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置，包括气氛室、收集器、工作台、磨削电机和激光头，所述激光头、所述磨削电机、所述工作台和所述收集器均设置在所述气氛室内部，所述工作台上连接有工作台驱动器；
所述磨削电机上连接有磨削刀头，所述磨削刀头设置在所述工作台的上方，所述工作台上放置有金属块；
所述收集器上靠近所述工作台的一侧设置有收集口，所述收集口的中心与所述金属块和所述磨削刀头的接触处设置在同一直线上；
所述激光头的上方连接有光纤。
优选的，所述激光头设置在所述收集器和所述工作台之间，所述激光头的光束焦点与所述磨削刀头的下沿在同一水平面上。
优选的，所述收集器内底部设置有粉末盒，所述粉末盒的上方设置有两块导向板，两块所述导向板分别倾斜固定在所述收集器的两侧内壁上。
优选的，两块所述导向板的固定端高于自由端，且两块所述导向板的自由端之间设置有缝隙。
优选的，所述磨削刀头的材质为工具钢、硬质合金、金刚石砂轮中的一种。
一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的方法，包括以下步骤：
(1)将待加工金属块放置在气氛室内的工作台上；
(2)将气氛室充氩气；
(3)调整工作台，使待加工金属块与磨削刀头接触；
(4)调整激光束焦点，使之与磨削刀头的下沿在一个水平面上；
(5)设置工作台X-Y行走程序；
(6)设置激光工艺参数；
(7)加工开始：顺序开启激光、启动磨削电机、启动工作台驱动器；
(8)加工完成：顺序关闭工作台驱动器、关闭磨削电机、关闭激光；
(9)待冷却一段时间后，关闭氩气；
(10)取出收集器中的粉末盒。
优选的，所述激光的功率为100-1000W。
因此，本发明采用上述结构的一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置及方法，利用低能高效的磨削加工方法将金属块体破碎成细小粉末颗粒，再用激光束将高温粉末加热熔化成液滴，使磨削形成的不规则颗粒转化成球形，此结构简答，便于操作，实现了球形金属粉末的高效、低耗加工。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置的结构示意图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例
图1为本发明一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置的结构示意图，如图所示，本发明提供了一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置，包括气氛室1、收集器2、工作台3、磨削电机4和激光头5，激光头5的上方连接有光纤9。激光头5、磨削电机4、工作台3和收集器2均设置在气氛室1内部，工作台3上连接有工作台驱动器；磨削电机4上连接有磨削刀头6，磨削刀头6设置在工作台3的上方，工作台3上放置有金属块7；收集器2上靠近工作台3的一侧设置有收集口8，收集口8的中心与金属块7和磨削刀头6的接触处设置在同一直线上；激光头5设置在收集器2和工作台3之间，激光头5的光束焦点与磨削刀头6的下沿在同一水平面上。通过磨削刀具将金属破碎呈细小颗粒，采用激光头的激光将细小颗粒熔化呈液滴，使其收缩成球形。采用氩气保护金属在上述磨削和激光球化过程中免受空气污染。
收集器2内底部设置有粉末盒10，粉末盒10的上方设置有两块导向板11，两块导向板11分别倾斜固定在收集器2的两侧内壁上。两块导向板11的固定端高于自由端，且两块导向板11的自由端之间设置有缝隙12，便于粉末落到粉末盒内。
磨削刀头6的材质为工具钢、硬质合金、金刚石砂轮中的一种。
一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的方法，包括以下步骤：
(1)将待加工金属块放置在气氛室内的工作台上；
(2)将气氛室充氩气；
(3)调整工作台，使待加工金属块与磨削刀头接触；
(4)调整激光束焦点，使之与磨削刀头的下沿在一个水平面上；
(5)设置工作台X-Y行走程序；
(6)设置激光工艺参数，激光的功率为100-1000W；
(7)加工开始：顺序开启激光、启动磨削电机、启动工作台驱动器；
(8)加工完成：顺序关闭工作台驱动器、关闭磨削电机、关闭激光；
(9)待冷却一段时间后，关闭氩气；
(10)取出收集器中的粉末盒。
因此，本发明采用上述结构的一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置及方法，利用低能高效的磨削加工方法将金属块体破碎成细小粉末颗粒，再用激光束将高温粉末加热熔化成液滴，使磨削形成的不规则颗粒转化成球形，此结构简答，便于操作，实现了球形金属粉末的高效、低耗加工。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置，其特征在于：
包括气氛室、收集器、工作台、磨削电机和激光头，所述激光头、所述磨削电机、所述工作台和所述收集器均设置在所述气氛室内部，所述工作台上连接有工作台驱动器；
所述磨削电机上连接有磨削刀头，所述磨削刀头设置在所述工作台的上方，所述工作台上放置有金属块；
所述收集器上靠近所述工作台的一侧设置有收集口，所述收集口的中心与所述金属块和所述磨削刀头的接触处设置在同一直线上；
所述激光头的上方连接有光纤。
2.根据权利要求1所述的一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置，其特征在于：所述激光头设置在所述收集器和所述工作台之间，所述激光头的光束焦点与所述磨削刀头的下沿在同一水平面上。
3.根据权利要求2所述的一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置，其特征在于：所述收集器内底部设置有粉末盒，所述粉末盒的上方设置有两块导向板，两块所述导向板分别倾斜固定在所述收集器的两侧内壁上。
4.根据权利要求3所述的一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置，其特征在于：两块所述导向板的固定端高于自由端，且两块所述导向板的自由端之间设置有缝隙。
5.根据权利要求4所述的一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的装置，其特征在于：所述磨削刀头的材质为工具钢、硬质合金、金刚石砂轮中的一种。
6.一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待加工金属块放置在气氛室内的工作台上；
(2)将气氛室充氩气；
(3)调整工作台，使待加工金属块与磨削刀头接触；
(4)调整激光束焦点，使之与磨削刀头的下沿在一个水平面上；
(5)设置工作台X-Y行走程序；
(6)设置激光工艺参数；
(7)加工开始：顺序开启激光、启动磨削电机、启动工作台驱动器；
(8)加工完成：顺序关闭工作台驱动器、关闭磨削电机、关闭激光；
(9)待冷却一段时间后，关闭氩气；
(10)取出收集器中的粉末盒。
7.根据权利要求6所述的一种激光辅助磨削制备球形金属粉末的方法，其特征在于：所述激光的功率为100-1000W。
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