RU227656U1 - Осаждающая головка для наплавки порошковой смеси - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области металлургии, а именно к технологическим процессам производства изделий с применением порошковых смесей металлов и сплавов, в частности к оборудованию для лазерной газопорошковой наплавки металлов, которое имеет осаждающую головку для наплавки.

Технический результат заявляемой полезной модели - исключение налипания порошка на зеркало и исключение смещения точки фокусировки луча, благодаря снижению температуры нагрева зеркала для передачи лазерного луча, которое достигается за счет охлаждения зеркала с помощью технологического газа, а также за счет дополнительного водного охлаждения корпуса головки и ребер на поверхности головки.

Технический результат достигается тем, что осаждающая головка для наплавки порошковой смеси, содержащая корпус, внутри которого выполнен канал для направления лазерного луча, у выходной части канала симметрично расположены сопла для подачи порошковой смеси, внутри корпуса вмонтировано зеркало для передачи лазерного луча, которое направлено в сторону канала для направления лазерного луча, при этом внутри корпуса выполнены отверстия для расположения системы водяного охлаждения головки, в отличие от известной внутри корпуса вмонтирован вкладыш, содержащий диффузорное отверстие для подачи технологических газов, причем диффузорное отверстие соединяет канал для направления лазерного луча и отверстие для расположения системы водяного охлаждения, причем расширяющаяся часть диффузорного отверстия направлена на зеркало, на верхней грани корпуса дополнительно выполнены каналы для расположения системы водяного охлаждения и ребра воздушного охлаждения, на торцевых гранях корпуса выполнены ребра воздушного охлаждения.

Description

Полезная модель относится к области металлургии, а именно к технологическим процессам производства изделий с применением порошковых смесей металлов и сплавов, в частности к оборудованию для лазерной газопорошковой наплавки металлов, которое имеет осаждающую головку для наплавки.

Наиболее близким является осаждающая головка для наплавки порошковой смеси, содержащая корпус, внутри которого выполнен канал для направления лазерного луча, у выходной части которого симметрично расположены сопла для подачи порошковой смеси, внутри которого вмонтировано зеркало для передачи лазерного луча, которое направлено в сторону канала для направления лазерного луча, при этом внутри корпуса выполнены отверстия для расположения системы водяного охлаждения головки (Патент США US 7879394 от 01.06.2007, МПК B05C11/00; B05C19/00; B05D3/06; B05D7/22; опубл. 01.02.2011).

Недостатками данной осаждающей головки является то, что вышеописанная головка имеет слабую систему для жидкостного охлаждения, и не имеет систем защиты тракта подачи луча от порошинок, вследствие чего, вся оптика (особенно зеркало) внутри головки подвержена, как температурным воздействиям, так и налипанию расплавленных порошинок из зоны наплавки, что может привести к выходу головки из строя.

Технический результат заявляемой полезной модели - исключение налипания порошка на зеркало и исключение смещения точки фокусировки луча, благодаря снижению температуры нагрева зеркала для передачи лазерного луча, которое достигается за счет охлаждения зеркала с помощью технологического газа, а так же за счет дополнительного водного охлаждения корпуса головки и ребер на поверхности головки.

Технический результат достигается тем, что осаждающая головка для наплавки порошковой смеси, содержащая корпус, внутри которого выполнен канал для направления лазерного луча, у выходной части канала симметрично расположены сопла для подачи порошковой смеси, внутри корпуса вмонтировано зеркало для передачи лазерного луча, которое направлено в сторону канала для направления лазерного луча, при этом внутри корпуса выполнены отверстия для расположения системы водяного охлаждения головки, в отличие от известной внутри корпуса вмонтирован вкладыш, содержащий диффузорное отверстие для подачи технологических газов, причем диффузорное отверстие соединяет канал для направления лазерного луча и отверстие для расположения системы водяного охлаждения, причем расширяющаяся часть диффузорного отверстия направлена на зеркало, на верхней грани корпуса дополнительно выполнены каналы для расположения системы водяного охлаждения и ребра воздушного охлаждения, на торцевых гранях корпуса выполнены ребра воздушного охлаждения.

Благодаря наличию диффузного отверстия для подачи технологического газа на зеркало головки и ребер воздушного охлаждения исключается попадание в тракт расплавленных порошинок, при этом точка фокуса луча не изменит своё положение, соответственно не нарушится работоспособность головки.

На фигуре показана заявляемая осаждающая головка для наплавки порошковой смеси.

Осаждающая головка для наплавки порошковой смеси применяется для направки внутренних поверхностей тел вращения, например по технологии DMD.

Осаждающая головка для наплавки порошковой смеси содержит корпус 1, внутри которого выполнен канал 2 для направления лазерного луча. Корпус 1 может быть выполнен в виде параллелепипеда.

У выходной части корпуса симметрично по бокам относительно точки фокуса расположены сопла 3 для подачи порошковой смеси. Внутри корпуса 1 вмонтировано зеркало 4 для передачи лазерного луча, которое направлено в сторону канала 2 для направления лазерного луч. Внутри корпуса 1 выполнены каналы 5 для расположения системы водяного охлаждения головки.

Так же внутри корпуса 1 вмонтирован вкладыш 6. Вкладыш 6 может быть выполнен в виде цилиндра, например, из латуни или любого другого легкообрабатываемого материала с хорошей теплопроводностью.

Внутри вкладыша 6 выполнено диффузорное отверстие 7 для подачи технологических газов. Диффузорное отверстие 7 соединяет канал 2 для направления лазерного луча и каналы 5 системы водяного охлаждения. Причем расширяющаяся часть 8 диффузорного отверстия 7 направлена на зеркало 4.

На верхней грани 9 корпуса 1 дополнительно выполнены каналы 10 для расположения системы водяного охлаждения и ребра 11 воздушного охлаждения.

На торцевых гранях 12 корпуса 1 так же могут быть выполнены ребра воздушного охлаждения 11.

Технологический газ подводится через систему воздушного охлаждения 13, которая обеспечивает подачу технологического газа через диффузорное отверстие 7 на зеркало 4.

Диффузорное отверстие 7 может быть выполнено под углом 100...110º к плоскости зеркала 4. Угол расширяющейся части 8 диффузорного отверстия 7 составляет 25…30° с расположение задней стенки 14 отверстия под углом 10…15° к оси отверстия 7. Задняя стенка отверстия 7 располагается с торца, противоположного торцу с выходом расширяющейся части.

Защита зеркала 4 осуществляется благодаря подаче технологических газов на зеркало 4 с использованием диффузорного отверстия 7. Технологический газ обдувает зеркало 4 и создаёт избыточное давление в тракте луча, тем самым предотвращая попадание в тракт расплавленных порошинок. Сопла 3 подачи порошка расположены симметрично по бокам относительно точки фокуса. Конструкция осаждающей головки не требует перенастройки оптического тракта, так как точка фокуса луча не изменит своё положение, соответственно не нарушится работоспособность тракта системы машинного зрения. За счёт применения дополнительного охлаждения и защиты зеркала, подводимая мощность может быть увеличена минимум до 600 Вт.

Осаждающая головка для наплавки работает следующим образом.

Головка находится в точке старта наплавки поверхности. В систему водяного охлаждения, расположенную в каналах 5, 10, подаётся охлаждающая жидкость (вода) с температурой ≈15°С и расходом ≈1литр/минуту. В систему воздушного охлаждения 13 подаётся технологический газ с избыточным давление на 30…40% больше, чем давление в камере. Через сопла 3 подаётся технологический газ с порошком, захваченным из питателей. После установления нормальных режимов работы всех вышеуказанных систем подаётся лазерное излучение, отражаясь от зеркала 4, оно попадает в точку сведения струй технологического газа с порошком. Энергия лазерного излучения меньшей частью тратится на нагрев зеркала 4, которое в дальнейшем выделяется на ребрах 11 системы воздушного охлаждения и передаётся в систему водного охлаждения и большей частью на создание ванны расплава с порошком и обрабатываемой деталью. Защита зеркала осуществляется обдувом из диффузорного отверстия 7 технологическим газом.

При работе осаждающей головки заявляемой конструкции было установлено, что температура головки значительно ниже, чем у аналога (не превышает 50…80°С), что позволяет работать с большей мощностью и дефекты на зеркале не возникают.

Благодаря тому, что осаждающая головка для наплавки порошковой смеси, содержащая корпус, внутри которого выполнен канал для направления лазерного луча, у выходной части канала симметрично расположены сопла для подачи порошковой смеси, внутри корпуса вмонтировано зеркало для передачи лазерного луча, которое направлено в сторону канала для направления лазерного луча, при этом внутри корпуса выполнены отверстия для расположения системы водяного охлаждения головки, в отличие от известной внутри корпуса вмонтирован вкладыш, содержащий диффузорное отверстие для подачи технологических газов, причем диффузорное отверстие соединяет канал для направления лазерного луча и отверстие для расположения системы водяного охлаждения, причем расширяющаяся часть диффузорного отверстия направлена на зеркало, на верхней грани корпуса дополнительно выполнены каналы для расположения системы водяного охлаждения и ребра воздушного охлаждения, на торцевых гранях корпуса выполнены ребра воздушного охлаждения достигается исключение наплавки порошка на зеркало и исключение смещения точки фиксации луча.

Claims (2)

1. Осаждающая головка для наплавки порошковой смеси, содержащая корпус, внутри которого выполнен канал для направления лазерного луча, у выходной части канала симметрично расположены сопла для подачи порошковой смеси, внутри корпуса вмонтировано зеркало для передачи лазерного луча, которое направлено в сторону канала для направления лазерного луча, при этом внутри корпуса выполнены отверстия для расположения системы водяного охлаждения головки, отличающаяся тем, что внутри корпуса вмонтирован вкладыш, содержащий диффузорное отверстие для подачи технологических газов, причем диффузорное отверстие соединяет канал для направления лазерного луча и отверстие для расположения системы водяного охлаждения, а расширяющаяся часть диффузорного отверстия направлена на зеркало, при этом на верхней грани корпуса дополнительно выполнены каналы для расположения системы водяного охлаждения и ребра воздушного охлаждения.

2. Осаждающая головка для наплавки порошковой смеси по п.1, отличающаяся тем, что на торцевых гранях корпуса выполнены ребра воздушного охлаждения.