CN114433878B - 一种含内流体通道的管道及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种含内流体通道的管道，涉及热加工技术领域，包括管体，管体与其通孔的孔壁之间设置流体通道，流体通道用于流动冷却介质，管体上设置定位部与固定部，定位部用于在管体与机械结构和/或激光熔覆头连接时定位，固定部用于在管体与机械结构和/或激光熔覆头连接时固定管体，流体通道绕通孔并由靠近管体的一端向靠近管体的另一端螺旋延伸，流体通道的两端贯穿管体的侧壁，流体通道的截面为三角形，三角形的第一边平行于水平面，第一边所对的三角形的第一夹角靠近管体的第一端，三角形的第二夹角与第三夹角的度数为50‑70度，本申请通过为管体设置流体通道来增加冷却措施，并具体设计流体通道尺寸来兼顾打印成形质量与流体通道的流通性。

Description

一种含内流体通道的管道及其加工方法

技术领域

本申请涉及热加工技术领域，具体涉及一种含内流体通道的管道及其加工方法。

背景技术

在热加工领域，常常需要对设备附件进行降温，如机加工刀具的冷却、激光快速成型熔覆头的冷却等，目前在激光快速成形领域，熔覆头的冷却一般能得到较好的保证，但是用于连接熔覆头与机械结构的一段管体，也即装配过渡块没有采取冷却措施，导致加工时装配过渡块一端的激光熔覆头产生的高温快速传导至装配过渡块的另一端，使得该端搭载的保护镜片极易在高温环境中损坏，需要频繁更换。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种含内流体通道的管道及其加工方法，旨在解决现有技术中的装配过渡块没有冷却措施的问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种含内流体通道的管道，包括：

管体，管体上开设通孔，通孔与管体的轴线重合，管体上设置定位部与固定部，定位部用于在管体与机械结构和/或激光熔覆头连接时定位，固定部用于在管体与机械结构和/或激光熔覆头连接时固定管体；

流体通道，流体通道用于流动冷却介质，流体通道设置在管体与通孔的孔壁之间，流体通道绕通孔并由靠近管体的一端向靠近管体的另一端螺旋延伸，流体通道的两端分别贯穿管体的侧壁，流体通道的截面为三角形，三角形的第一边平行于水平面，水平面为与管体的端面平行的面，第一边所对的三角形的第一夹角靠近管体的第一端，三角形的第二夹角与第三夹角的度数为50-70度，三角形的第一夹角、第二夹角以及第三夹角做倒圆角处理，第二夹角与第三夹角的度数相同。

可选的，流体通道的第二端为进口端，流体通道的第一端为出口端，第一端为流体通道远离激光熔覆头的一端，第二端为流体通道靠近激光熔覆头的一端。

可选的，定位部包括定位凸台，定位凸台设置在管体的第一端的端面上，定位凸台用于在管体与机械结构连接时定位。

可选的，固定部包括第一螺纹固定部，第一螺纹固定部用于在管体与机械结构连接时固定管体，第一螺纹固定部包括螺纹配合的第一螺纹孔与第一螺栓，第一螺纹孔开设在管体的第一端的端面上。

可选的，定位部包括定位凹槽，定位凹槽开设在管体的第二端的端面上，定位凹槽用于在管体与激光熔覆头连接时定位。

可选的，固定部包括第二螺纹固定部，第二螺纹固定部用于在管体与激光熔覆头连接时固定管体，第二螺纹固定部包括螺纹配合的第二螺纹孔与第二螺栓，第二螺纹孔开设在管体的靠近其第二端的侧壁上，第二螺纹孔与定位凹槽连通。

可选的，第二螺纹孔设置多个，多个第二螺纹孔绕管体的轴线呈环形阵列分布。

此外，为实现上述目的，本申请还提出一种含内流体通道的管道加工方法，用于加工本申请提供的含内流体通道的管道，方法包括以下步骤：

采用激光选区融化加工方式，加工形成具有通孔以及流体通道的管体；

采用机械加工方式，在管体上加工形成定位部与固定部。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请实施例提出的一种含内流体通道的管道及其加工方法，通过设置管体作为装配过渡块来连接激光熔覆头与机械结构，并在管体上设置定位部来便于管体与机械结构和/或激光熔覆头的连接定位，管体通过其上设置的固定部与机械结构和/或激光熔覆头的连接固定，在管体内开设流体通道用于流动冷却介质带走加工产生的热量，为装配过渡块在参与激光加工时的提供散热冷却能力，流体通道在管体内螺旋延伸，其路径均匀覆盖管体内，在避免管体各部位的散热情况差距过大的同时，增大冷却介质与管体的接触面积，能够及时有效地带走热量，并且考虑到激光选区融化技术的加工特性，将流体通道的截面设置为三角形，其底角的度数在50-70度之间，避免角度过小导致在加工时形成悬空结构无法打印的同时保证冷却介质在流体通道内有较好的流动性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的含内流体通道的管道的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的含内流体通道的管道的正视剖视图；

图3为本申请实施例提供的含内流体通道的管道的流体通道的截面示意图；

图4为本申请实施例提供的含内流体通道的管道的加工方法的流程图；

附图中标号说明：

1-定位凸台，2-第一螺纹孔，3-出口端，4-流体通道，41-第二夹角，42-第三夹角，5-定位凹槽，6-第二螺纹孔，7-进口端。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

参照附图1-3，本申请实施例提供了一种含内流体通道的管道，包括管体，管体上开设轴线与其重合的通孔，管体作为装配过渡块的主体结构，其一端用于连接机械结构如打印机的装配部位或者夹持部位等，另一端连接激光熔覆头，并在管体上设置定位部用于在连接时起到定位作用，管体上还设置固定部用于在连接时固定管体，激光熔覆头上设置的送粉管向熔覆头送粉，并在打印机发生的高温激光下融化后得到重塑；

管体内开设流体通道4用于流动冷却介质进行散热降温，流体通道4设置在通孔的孔壁与管体的外壁之间的管体内，流体通道4绕通孔的轴线呈螺旋状盘绕，并由管体的一端向另一端延伸，流体通道4的截面为三角形，该三角形的截面如附图3所示，其第一边平行于水平面，依靠第一边与另外两边分别形成的第二夹角41和第三夹角42靠近管体的第二端，也即图示中管体的底端，另外两边形成的第一夹角靠近管体的第一端，也即图示中管体的顶端，其中第二夹角41与第三夹角42的度数均在50至70度范围内。

在本实施例中，通过为作为装配过渡块主体结构的管体设置流体通道4,来通冷却介质，便于在热加工成形时和管体发生热交换，将管体的热量通过冷却介质带离管体，实现管体的冷却降温，保证了装配过渡块的使用安全与长期有效使用，降低了高温损伤保护镜片的风险，流体通道4呈螺旋延伸，能够扩大换热面积，尽可能的覆盖管体的每一部分，避免了散热冷却不均匀导致管体各部分的温度差异较大，导致管体易损坏，考虑重力的因素，为了保证管体内介质的流动性，将流体管道4的三角形截面的第二夹角41和第三夹角42设置为靠近管体的第二端、第一夹角靠近管体的第一端，使得流体通道4内的介质对通道的压力形成扩散状态，保证了良好的流动性，再进一步考虑其在打印成形过程中的加工工艺特性，角度过小会使打印时形成悬空结构，而无法打印；角度过大则流体通道4的形状过于尖锐，不利于介质的流动，将第二夹角41与第三夹角42的夹角度数都控制在50-70度的范围内，能够兼顾打印成形的质量与冷却介质的流动性。

本实施例中，定位部的定位手段如设置相互配合的定位销和定位孔，或者定位的凸台与凹槽来实现定位安装，固定部的固定手段如螺纹连接、卡接、扣接等固定方式，当然本领域能够实现定位与固定的其他方式均可；本申请中的冷却介质可采用液体冷却介质如油、水、或者本领域常用的专业冷却剂，在设备、环境情况符合使用条件时，还可以采用气体冷却介质如氮气等，在本申请中，为了换热的效果以及成本考虑，采用比热容较大以及成本便宜的水作为冷却介质。

在一种实施例中，如附图3所示，由于打印成形是提前建模并编译打印程序，为利于打印成形，降低编译打印程序的难度，将流体通道4的第二夹角41与第三夹角42的大小设置为相同的，打印的难度降低，流体通道4的结构的截面对称，冷却介质的分布均匀，流动性能也得到提升，在进一步的设置中，使三角形截面的三个夹角都为60度，形成力学性能更优良的正三角形。

在一种实施例中，如附图3所示，将流体通道4的夹角部位均做倒圆角处理，具体到流体通道4的截面情况来说，将三角形的截面的三个角都做倒圆角处理，避免了流体通道4的尖锐夹角处影响冷却介质的流动性能。

在一种实施例中，由于管体的第二端是靠近激光熔覆头的一端，该端温度会比管体的第一端更高，在设计流体通道4的进、出口端时，将流体通道4的第二端设置为进口端7，也即靠近激光熔覆头的一端；将流体通道4的第一端设置为出口端3，也即远离激光熔覆头的一端，在加工时，新通入的冷却介质会首先与管体温度较高的一端接触，带走热量，降低该端传导热量至另一端的速度，冷却介质的温度升高，但即便升高致使吸热能力减弱，但也能够应对温度低一端的吸热工作，而如果将通冷却介质的方向调换，新通入的冷却介质首先与温度较低的一段接触，温度会升高，而温度升高后的冷却介质吸收热量的能力本就降低，再用其来吸收温度较高一端的热量时，吸热效果将大打折扣。

在一种实施例中，如附图1、3所示，提供一种定位部的实施方式，该定位部用于定位管体与机械结构的连接，定位部包括定位凸台1，定位凸台1为一个圆环状结构，其设置在管体的第一端端面上，定位凸台1的轴线与管体轴线重合，此时与之配合的机械结构上应当设置形状与定位凸台1的内圈配合的凸块或者与外圈配合的凹槽，来快速定位管体的安装位置，定位凸台1的内圈直径等于通孔直径，保证定位凸台1不影响通孔中的激光通路形成。

在一种实施例中，如附图1、3所示，提供一种固定部的实施方式，该固定部用于固定固定管体与机械结构的连接，具体来说，固定部包括第一螺纹固定部，第一螺纹固定部包括第一螺纹孔2与第一螺栓，通过第一螺栓与第一螺纹孔2的配合，可以将管体与机械结构实现可拆卸的连接。

在一种实施例中，如附图1、3所示，提供另一种定位部的设置，该定位部用于定位管体与激光熔覆头的连接，定位部包括定位凹槽5，定位凹槽5开设在管体的第二端端面上，定位凹槽5的形状不做限定，能够使激光熔覆头快速直接地通过定位凹槽5找准安装位置即可，通常定位凹槽5的的形状是与激光熔覆头的形状匹配的，将匹配的部位与定位凹槽5配合就能够实现快速定位，提升了定位安装的效率以及后续固定的稳定性，通过上述定位手段定位之后，为了便于激光熔覆头的固定，提供一种固定部的实施方式，具体来说，固定部包括第二螺纹固定部，第二螺纹固定部包括第二螺栓与第二螺纹6孔，第二螺纹孔6开设在管体靠近其第二端的侧壁上，并且第二螺纹孔6与定位凹槽5连通，通过由外侧旋入的第二螺栓与定位凹槽5内的与定位凹槽5配合的部位抵接来固定激光熔覆头，通常激光熔覆头都是一个对称的结构设置，为了提升其固定的稳定性，可将第二螺纹孔6绕管体轴线开设多个，并且多个第二螺纹孔6呈环形阵列分布，能够有效的从多个方向施加均匀的抵接压力来保证熔覆头安装的稳定性。

本申请实施例提供的含内流体通道的管道，能够有效的在激光成形过程中冷却装配过渡块，降低其温度、及时带走热量，保证成形加工稳定进行，并且装配过渡块连接的机械设备上搭载的保护镜片也能够得到有效的保护，维护了成形加工的安全。

基于与前述实施例中同样的发明构思，本申请实施例还提供一种含内流体通道的管道的加工方法，包括以下步骤：

S10：采用激光选区加工方式，加工形成具有通孔以及流体通道的管体；

基于管体的结构设计，由于其整体性较好，采用增减材复合制造的方式加工，采用激光选区融化技术，也即3D打印加工管体整体外形及流体通道4，初步形成装配过渡块的主体结构，该种方式加工精度高、加工难度低、加工周期段，加工出来的流体通道4结构致密，不易产生空隙，通道的密封性好。

S20：采用机械加工方式，在管体上加工形成定位部与固定部。

由于定位部与固定部为的设置大多数时候都是开孔、开槽等操作，3D打印无法实现悬空打印，并且开设孔、槽的不确定性较大，采用机械加工的方式来匹配实际工况使用更好，机械加工的方法如切削、磨削、打孔等，若是设置有如定位凸台1等结构，可以考虑在3D打印时就提前设计出加工余量来便于在后期切削时有足够的切削量来加工出定位凸台1。

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

Claims (8)

1.一种含内流体通道的管道，其特征在于，包括：

管体，所述管体上开设通孔，所述通孔与所述管体的轴线重合，所述管体上设置定位部与固定部，所述定位部用于在所述管体与机械结构和/或激光熔覆头连接时定位，所述固定部用于在所述管体与所述机械结构和/或激光熔覆头连接时固定所述管体；

流体通道，所述流体通道用于流动冷却介质，所述流体通道设置在所述管体与所述通孔的孔壁之间，所述流体通道绕所述通孔并由靠近所述管体的一端向靠近所述管体的另一端螺旋延伸，所述流体通道的两端分别贯穿所述管体的侧壁，所述流体通道的截面为三角形，所述三角形的第一边平行于水平面，所述水平面为与所述管体的端面平行的面，所述第一边所对的所述三角形的第一夹角靠近所述管体的第一端，所述三角形的第二夹角与第三夹角的度数为50-70度，所述三角形的所述第一夹角、第二夹角以及第三夹角做倒圆角处理，所述第二夹角与第三夹角的度数相同。

2.根据权利要求1所述的含内流体通道的管道，其特征在于，所述流体通道的第二端为进口端，所述流体通道的第一端为出口端，所述第一端为所述流体通道远离所述激光熔覆头的一端，所述第二端为所述流体通道靠近所述激光熔覆头的一端。

3.根据权利要求1所述的含内流体通道的管道，其特征在于，所述定位部包括定位凸台，所述定位凸台设置在所述管体的第一端的端面上，所述定位凸台用于在所述管体与所述机械结构连接时定位。

4.根据权利要求1所述的含内流体通道的管道，其特征在于，所述固定部包括第一螺纹固定部，所述第一螺纹固定部用于在所述管体与所述机械结构连接时固定所述管体，所述第一螺纹固定部包括螺纹配合的第一螺纹孔与第一螺栓，所述第一螺纹孔开设在所述管体的第一端的端面上。

5.根据权利要求1所述的含内流体通道的管道，其特征在于，所述定位部包括定位凹槽，所述定位凹槽开设在所述管体的第二端的端面上，所述定位凹槽用于在所述管体与所述激光熔覆头连接时定位。

6.根据权利要求5所述的含内流体通道的管道，其特征在于，所述固定部包括第二螺纹固定部，所述第二螺纹固定部用于在所述管体与所述激光熔覆头连接时固定所述管体，所述第二螺纹固定部包括螺纹配合的第二螺纹孔与第二螺栓，所述第二螺纹孔开设在管体的靠近其第二端的侧壁上，所述第二螺纹孔与所述定位凹槽连通。

7.根据权利要求6所述的含内流体通道的管道，其特征在于，所述第二螺纹孔设置多个，多个所述第二螺纹孔绕所述管体的轴线呈环形阵列分布。

8.一种含内流体通道的管道加工方法，其特征在于，用于加工如权利要求1-7任一项所述的含内流体通道的管道，所述方法包括以下步骤：

采用激光选区融化加工方式，加工形成具有通孔以及流体通道的管体；

采用机械加工方式，在所述管体上加工形成定位部与固定部。

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