毕业设计（论文）-激光熔覆送粉器设计.docx

本科毕业设计（论文）题目：激光熔覆送粉器设计激光熔覆送粉器设计摘要激光熔覆技术是一种新兴的材料加工与表面改性技术，该技术可以在低成本钢上制成高性能表面，代替大量的高级合金，以节约员重、稀有的战略金属，提高材料的综合性能，实现对重大零件的快速绿色修复再制造.送粉器是激光熔覆系统中重要的部分之一，送粉器性能的好坏直接影响熔检房的侦量和加工零件尺寸等，所以开发而性能的送粉器时激光熔覆加工显得尤为重要。本课题主要困绕为了满足获得较薄熔覆层的需要,设计并制作了一种多仓鼓轮可调式送粉器，喷喷采用同轴微量式,它具有送粉速度较小且可调、送粉同步均匀、粉末利用率高、稔定性好等特点，对激光熔他技术的实际应用具有一定的实用价值.首先，按照激光焰物送粉喷嘴的功能要求，综合机械设计的相关理论知识，对其结构进行创新设计，并利用W维制造软件SC1.idwOrkS绘制出r一种装配结构的激光熔覆送粉喷嘴的参数化几何模型。其次，是按照多仓式送粉器的功能要求，综合相关资料，对其结构进行创新设计，并利用三维制造软件So1.idworks绘制出一种装配结构的激光熔覆多仓鼓轮式送粉器的参数化几何模型。关健司t激光熔泄;同步送粉;同轴送粉;矩形喷嘴1.aserC1.addingPowderFeederDesignAbStraCt1.aserc1.addingtechno1.ogyisanemergingtechno1.ogymateria1.sprocessingandsurfaceniodificationZI1.iistechniquecanbemadein1.ow-costhigh-performancestee1.Surfacc1Instcadofa1.argenumberofhigha1.1.oy.inordertosaveprccious.rarcstrategicmcta1.s.ImprovctheovendIperformanceofthema1.cria1.Achieveasignificantpartoftherapidrestorationofgreenrcmanufacturing.Powderfeeding1.aserc1.addingsystemisoneoftheimportantpart,Powderfeederperfo11nancehasadirectimpactonhequa1.ityofthec1.adding1.ayerandprocessingpartsizeetc."herefore.thedeve1.opmentofhigh-performancePoWderfeederfor1.aserc1.addingprocessisparticu1.ar1.yimportant.Themaintopictogetaroundinordertomeettheneedsofthinc1.addingIaycnDesignandPr(KkICtiOnofamu1.ti-positionadjustab1.ed1111npowderIccdcnMicrocoaxia1.nozz1.etype.Ithasasma1.1.powderfeedrateandadjustab1.e,powdersyncniform.highuti1.izationofpowdcr.goo<1.stabi1.ity.Onthepractica1.app1.icationof1.aserc1.addingtechniquehassomepractica1.VmUcFirStofa1.1.1.ascrc1.addingpowdernozz1.einaccordancewithhefunctiona1.requirenents,Conprehensivetheoretica1.know1.edgeOfmechanica1.UesignJnnovativedesignofitsstructure,AndtheuseofIhree-dimensiona1.manufacturingsoftwareSo1.idworksdrawingax)wderfeeding1.aserc1.addingnozz1.egeometryparametersofanassemb1.edstructurc.Second1.y.Accordanccwiththemu1.ti-WarehOUSCtypepowderfeederfunc1.iona1.rcquircmcnts.Comprchcnsivcinfor11ution.itsstructureinnovativedesign.AndmanufacturingsoftwareSo1.idworksusingthree-dimensiona1.kscrc1.addingmapoutamu1.ti-positiondrumwhee1.assemb1.ystructurepowderfeederparametricgeometry.KeyWords:1.aserC1.adding1.Synchronizationpowderfeed:COaKia1.powder;Rectangu1.arnozz1.e主要符号表P功率V体枳M鼓轮的转速合金粉末的质量PqVRQCrT%密度热流强度水流速度热阻热负荷比热时间流热系数MT导热系数水流量温升1绪论研究背景及意义-21.2激光熔覆技术概述1.2.1 激光熔覆技术的原理21.2.2 激光焰邀技术的特点及应用21.3激光熔泄送粉系统1.3.1 粉末送粉方式及送粉喷嘴41.3.2 同步送粉装置61.4激光熔泄送粉器的国内外研究现状71.4.1 国外研究现状71.4.2国内研究现状8I,）彳；丈主要旧fC勺内谷及乂92激光熔覆送粉装置的设计102.1.1 多仓式的设计依据102.1.2 鼓轮式送粉方式的设计依据102.1.3 粉末输送的机理I1.2.2同轴式送粉装置的设计I1.221结构设计I1.2.2.2尺寸设计I1.23I-I：7)加*MVMWWWMWMV*MM53激光熔覆送粉器喷嘴的设计173.1 VIfvaaMMM(tMM»(M(MMMM(M(M(Mt73.1.1 出光部分依据173.1.2 喷嘴应具备冷却装置183.1.3 粉末对激光的遮盖影响183.1.4 粉木吸收的能量及被加热后的温升183.1.5 光粉相互作用机理2()3.1.6 喷嘴应具备良好的汇聚性213.2 同轴送粉喷嘴的设计213.2.1 结构设计213.2.2 尺寸设计223.3 主要功能分析244总结26参考文献27致嵌29毕业设计（论文）知识产权声明30毕业设计（论文）独创性声明31VI1绪论激光络湿技术作为一项先进的制造技术，是一种兼具多门类、综合性高科技的加工制造方法，其可使涂层与基体实现冶金结合，大幅度改善和提r机体表面性能，并且几乎可以熔覆所有的合金或陶瓷材料，因此在各个领域有若广阔的应用前髡。送粉装置是激光熔覆中重要的配套工艺装备，是得到良好熔泄展质证的重要保证，送粉过程是多方因素共同作用的结果，对送粉器进行研究可有效的指导激光熔覆，提高熔置质量，提高粉末的利用率，降低加工成本。1.1 研究背景及意义课题来源下西安高斯激光公司下一步开发的研究项目,激光熔覆技术通过不同的送粉方式在基材表而添加熔覆材料，利用高能任密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔化后凝固，在基材表面形成冶金结合的添加熔置层，大大的改善了基材的表面质量，同时可以修发表面破损。采用不同的送粉方式及送粉工艺参数对熔凝层的质量有这直接的影响，随若激光熔彩技术的日渐成熟及应用范围的不断扩大，其对送粉装置设计的合理性、可控性和粘度等要求不断提高，因此开发高性能的工艺装备是非常重要的.同轴送粉法是目前最为先进的激光熔覆送粉术，它克服了单侧送粉的缺点，能够将粉末均匀分散成环型再汇聚后送入聚焦的激光光束熔池中达到各向同时均匀性的功能。同轴送粉装置在激光熔覆生产中可以灵活使用，易于实现自动控制，达到特殊的加工效果，因而，本文选用同轴送粉技术作为激光熔覆的送粉方式，对同轴送粉机理进行研究并设计相关的应用装置。激光同轴送粉过程是依靠自亚符粉末输送、粉末与送粉装置碰施、粉末受到激光束照射潜化,熔化的粉末落入熔覆乂凝固的综合结果，涉及粒子动力学、两相流运动学、传热学、计算机技术等学科。与传统健送粉技术相比，同轴送粉技术需要将单束粉末流均匀分为多束，然后在同轴送粉装置内均匀混合喷出,同时，送粉装包的不同结构形式对粉末的碰撞、摩擦、运动均匀性影响较大，使得粉末喷出后的浓度、速度和受热熔化状态在时间和空间会有不同的分布，伴随着颗粒的不同运动结果对熔覆层的外貌形态与微观组织也产生较大变化。尽管许多学者时激光烙渣同轴送粉技术进行了大量的理论、实脸和数值仿真研究，并取得很大的进展，但由T不同结构条件的送粉过程、粉末汇聚结果各不相同，对许多影响粉末运动和汇聚的因素只作了定性分析,对于使用同轴送粉装置加工条件下的同轴送粉机理、粉末均匀输送规律缺乏进一步的认识。在同轴送粉过程中，为了实现激光能量在粉末颗粒和熔覆层之间的合理分配，明豳不同参数对激光能量分布的影响，需要对同轴送粉装置进行创新设计：更为重要的是，为了获得好的粉末聚焦浓度分布，提高粉末利用率，需要设计同轴送粉喷嘴不同的最佳几何参数对粉末喷射后聚焦浓度的影响.因此，为r提高激光熔覆同轴送粉效率及粉末利用率，需要设计出良好的同轴送粉装置。1.2 激光熔覆技术概述1.2.1 激光熔量技术的原理激光熔覆技术是项新兴的零件加工于表面改性技术及再制造技术。指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辎照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀糅度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，具有较低稀糅率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化等优点。激光熔覆技术应用到表面处理上,可以极大提高零件表面的硬度,耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能,可以极大提高材料的使用寿命“同时,还可以用于废品件的处理,实现绿色快速再制造，大量节约加工成本，减少浪费。激光溶覆应用到快速制造金属零件,所需设缶少,可以减少工件制造工序,节约成木,提高零件质量,广泛应用于航空、军事、石油、化工、医疗黯械等各个方面。图1.1所示的是激光熔覆原理示意图。图IJ激光原理示意图1.2.2 激光熔覆技术的特点及应用激光熔覆是利用激光束作为热源使两种性质不同或差别很大的材料达到原子结合，同时又不改变（或改变很少）各自的基本性质和性能的工艺方法。与其它表面处理技术如热喷涂技术,堆饵技术以及常规的表面涂覆工艺相比较，激光熔覆具有以卜.显著的特点：激光熔覆技术可以在廉价、易加工的基本材料表面有选择地制备高性能熔覆层，并且熔凝层的厚度不受限制，还可以根据需要进行单乂烙程后多所熔覆，使表U具备梯度功能：由于激光束的高能