一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)，包括能量供給系統(tǒng)、CNC控制臺(tái)(21)與數(shù)控工作臺(tái)(22)、送料裝置、氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)(40)，送料裝置包括送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)，送料裝置還包括與所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)連接的送粉器(32)、送絲系統(tǒng)(33)，能量供給系統(tǒng)與所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)連接，送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)位于數(shù)控工作臺(tái)(22)上方，氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)(40)與所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)連接。通過(guò)上述技術(shù)方案，可將激光熔覆方法運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中。
【專利說(shuō)明】一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及激光熔覆裝置，具體而言，涉及一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
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[0002]激光熔覆是一種新的表面改性技術(shù)，該技術(shù)是以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法。該工藝方法的關(guān)鍵技術(shù)是同步送料技術(shù)，即將激光和被熔材料同步傳輸至加工成形位置，并使金屬材料連續(xù)、準(zhǔn)確、均勻地投入到加工面上按預(yù)定軌跡作掃描運(yùn)動(dòng)的聚焦光斑內(nèi)，實(shí)現(xiàn)光料精確耦合。
[0003]申請(qǐng)?zhí)?01010017158.1，申請(qǐng)日2010年I月9日的發(fā)明公開(kāi)了一種送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形方法及裝置，其主要特征在于:通過(guò)光路變換，用圓錐鏡將激光器發(fā)射的實(shí)心激光束變換為環(huán)形光束，再用環(huán)形聚焦鏡聚焦成為環(huán)錐形光束，在環(huán)錐形光束中形成一錐形中空無(wú)光區(qū)，送粉送絲和保護(hù)氣復(fù)合噴嘴置于該無(wú)光區(qū)內(nèi)并與環(huán)錐形光束同軸線，送絲孔居中，平行送粉孔包圍送絲孔，準(zhǔn)直保護(hù)氣孔平行包圍送粉孔，絲材通過(guò)送絲孔與光束同軸垂直于加工面送入熔池，氣載粉末通過(guò)送粉孔同步送入熔池，準(zhǔn)直保護(hù)氣包圍粉束平行吹向熔池。該發(fā)明還公開(kāi)了一種送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置，包括筒體，所述筒體上方開(kāi)設(shè)有入光口，所述筒體下方設(shè)有下錐套，其下方開(kāi)設(shè)有出光口，所述筒體內(nèi)部中心經(jīng)支撐架固定有圓錐鏡，其鏡面朝向入光口，所述筒體內(nèi)壁上固定設(shè)有環(huán)形聚焦鏡，其鏡面與所述圓錐鏡鏡面相對(duì)，所述圓錐鏡、支撐架及環(huán)形聚焦鏡與筒體的入光口及出光口同軸，所述支撐架下方固定設(shè)有粉絲氣復(fù)合噴嘴，所述粉絲氣復(fù)合噴嘴為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為送絲管，中間層為送粉管，外層為送氣管，三者出口相互平行，所述粉絲氣復(fù)合噴嘴與所述圓錐鏡及環(huán)形聚焦鏡同軸。通過(guò)所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置，實(shí)現(xiàn)了粉絲氣復(fù)合熔覆，使金屬材料連續(xù)、準(zhǔn)確、均勻地投入到加工面上按預(yù)定軌跡作掃描運(yùn)動(dòng)的聚焦光斑內(nèi)，實(shí)現(xiàn)光料精確耦合。
[0004]但是，上述發(fā)明僅是提供了一種激光熔覆的方法，并未說(shuō)明如何在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中具體運(yùn)用上述方法，雖然上述發(fā)明還公開(kāi)了一種送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置，但是，僅依靠這一裝置還不足以將上述激光熔覆的方法運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題:申請(qǐng)?zhí)?01010017157.7，申請(qǐng)日2010年I月9日的發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)容不足以說(shuō)明如何在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中具體運(yùn)用所述光、粉、氣同軸輸送激光熔覆成形制造的方法。
[0006]本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)，包括能量供給系統(tǒng)、CNC控制臺(tái)與數(shù)控工作臺(tái)、送料裝置、氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)，所述送料裝置包括送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置，所述送料裝置還包括與所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置連接的送粉器、送絲系統(tǒng)，所述能量供給系統(tǒng)與所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置連接，所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置位于數(shù)控工作臺(tái)上方，所述氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)與送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置連接。
[0007]按上述技術(shù)方案，能量供給系統(tǒng)產(chǎn)生激光，并將激光送入所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置，同時(shí)，送粉器、送絲系統(tǒng)將熔覆材料送入所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置，氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)將氮?dú)馑腿胨鏊徒z送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置。所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置已被申請(qǐng)?zhí)?01010017157.7的發(fā)明所公開(kāi)，經(jīng)所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置處理，送入其中的激光變成環(huán)錐形光束，在環(huán)錐形光束中形成一錐形中空無(wú)光區(qū)，送粉送絲和氮?dú)鈴?fù)合噴嘴置于該無(wú)光區(qū)內(nèi)并與環(huán)錐形光束同軸線，送絲孔居中，平行送粉孔包圍送絲孔，氮?dú)饪灼叫邪鼑头劭?，絲材通過(guò)送絲孔與光束同軸垂直于加工面送入熔池，氣載粉末通過(guò)送粉孔同步送入熔池，氮?dú)獍鼑凼叫写迪蛉鄢?。其中，所述熔池位于?shù)控工作臺(tái)上的被加工對(duì)象上。通過(guò)上述技術(shù)方案，可將申請(qǐng)?zhí)?01010017157.7的發(fā)明所述的激光熔覆方法運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步說(shuō)明，所述能量供給系統(tǒng)包括一臺(tái)激光器、水冷機(jī)和冷卻水路、反射式光路，所述激光器所產(chǎn)生的激光經(jīng)反射式光路進(jìn)入所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置，所述水冷機(jī)通過(guò)冷卻水路對(duì)所述激光器、反射式光路、送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置進(jìn)行降溫。所述激光器為武漢金石凱激光有限公司研制的GS-TFL-10KW高功率橫流C02激光器，它是一種采用針板放電的氣體橫流快速循環(huán)流動(dòng)激光器，具有功率高、效率高、壽命長(zhǎng)、光束質(zhì)量好、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)緊湊、使用費(fèi)用低和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。其配套設(shè)備包括水冷機(jī)、反射式光路和冷卻水路。激光器在運(yùn)行過(guò)程中，激光器中全反鏡以及輸出鏡等一些器件會(huì)產(chǎn)生大量的熱，并且所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置內(nèi)部的光路變換鏡片以及外部的反射鏡片等也會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，因此必須用冷卻循環(huán)水對(duì)這些部位進(jìn)行冷卻。所述水冷機(jī)和冷卻水路為武漢團(tuán)結(jié)激光成套設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)制造的專為大功率激光器排熱的制冷換熱設(shè)備。該冷卻機(jī)組提供激光器的冷卻循環(huán)水溫度在8-12度之間可以任意調(diào)節(jié)。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步說(shuō)明，所述CNC工作臺(tái)包括一套CNC控制單元、一臺(tái)六軸五聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床。所述CNC控制單元是PMAC數(shù)控系統(tǒng)，X方向的最大行程為1500_，Y軸最大行程800mm。所述機(jī)床所采用的伺服控制卡為PMAC卡,它是美國(guó)著名的Delta Tau公司推出的采用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的第四代傳動(dòng)控制裝置，具有響應(yīng)速度快、精度高、開(kāi)發(fā)周期短，編程和操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛應(yīng)用于機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床等需要多軸控制的高精度伺服裝置上。六軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)為煙臺(tái)機(jī)床附件廠生產(chǎn)的TSL400型立臥回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，臺(tái)面直徑400mm。此數(shù)控工作臺(tái)的重復(fù)定位精度為6/10000mm。
[0010]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步說(shuō)明，所述氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)包括壓縮機(jī)、與壓縮機(jī)連接的制氮機(jī)、與制氮機(jī)連接的儲(chǔ)氣罐。N2是一種非助燃?xì)怏w，空氣中大量含有N2，取用相對(duì)比較低廉。制氮系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、食品制氮機(jī)、儲(chǔ)氣罐組成。食品制氮機(jī)能夠提取空氣中的N2，使其純度達(dá)99.5 %，完全能夠滿足實(shí)驗(yàn)需要。N2的使用在整個(gè)系統(tǒng)中有兩個(gè)作用，一是作為保護(hù)氣，起到對(duì)光學(xué)鏡片組的保護(hù)作用。二是作為送粉載氣，因?yàn)槭褂肗2這種非可燃?xì)怏w作為載氣，可以減小粉末與激光作用產(chǎn)生的有害煙霧與燃燒火焰，從而保證熔覆層的質(zhì)量。
[0011]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步說(shuō)明，所述送絲系統(tǒng)包括送絲機(jī)和送絲控制柜，所述送絲機(jī)包括送絲軟管。優(yōu)選的，所述送絲機(jī)包括校直裝置。為了保證送絲過(guò)程的連續(xù)性、可調(diào)性、穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的要求，本實(shí)用新型選用的送絲機(jī)為南通振康有限公司制造的SB-10-D/TIG型送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。送絲的速度范圍為1.5-15m/min，絲材的直徑范圍為0.8/1.0/1.2。金屬絲的輸送過(guò)程要求連續(xù)，平穩(wěn)，金屬絲的直線度對(duì)于金屬絲的幾何控制至關(guān)重要，會(huì)對(duì)熔覆的表面質(zhì)量有重要的影響，這就要求金屬絲必須經(jīng)過(guò)校直。因此，在送絲機(jī)中特別裝有校直裝置，經(jīng)過(guò)校直過(guò)的金屬絲通過(guò)送絲管輸送到復(fù)合噴嘴位置。噴嘴具有導(dǎo)向作用，直接將金屬絲輸入到熔池。送絲速率的調(diào)節(jié)由送絲控制柜實(shí)現(xiàn)，控制柜通過(guò)開(kāi)關(guān)電位器改變輸給直流電動(dòng)機(jī)的電壓，利用電壓的變化對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。本實(shí)用新型中不存在送絲方向、位置和角度對(duì)熔覆層質(zhì)量的影響，因此送絲速率就成為影響熔覆質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，對(duì)送絲速率的控制就顯得尤為重要。
[0012]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步說(shuō)明，所述送粉器為雙管載氣送粉器。本實(shí)用新型采用DPSF-2雙管載氣送粉器，該送粉器靠送粉盤(pán)定量，傳動(dòng)裝置主要是送粉電機(jī)和送粉盤(pán)。儲(chǔ)粉筒中的粉末靠自身重力通過(guò)進(jìn)粉口落在送粉盤(pán)的槽中，送粉電機(jī)帶動(dòng)送粉盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)送粉盤(pán)槽中的粉末到達(dá)擋粉塊后，由送粉載氣帶動(dòng)通過(guò)出粉接頭進(jìn)入送粉管，載氣粉末沿外路粉管到達(dá)加工區(qū)域。該送粉器粉流的發(fā)散小，方向性特別好，可滿足快速成型的要求。送粉量和粉末運(yùn)行速度可以通過(guò)調(diào)節(jié)送粉電機(jī)轉(zhuǎn)速和載氣流量大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于其具有一大一小兩個(gè)儲(chǔ)粉筒，因此可以實(shí)現(xiàn)兩種不同的粉末同時(shí)輸送。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
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[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0014]圖1為本實(shí)用新型一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中符號(hào)說(shuō)明:
[0016]11—激光器；
[0017]12 —水冷機(jī)；13 —反射式光路；
[0018]21 - CNC控制臺(tái)；22 —數(shù)控工作臺(tái)；
[0019]31 一送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置；32 —送粉器；33 —送絲系統(tǒng)；
[0020]40 一氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
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[0021]如圖1所示，一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)，包括:一臺(tái)激光器11、水冷機(jī)12和冷卻水路、反射式光路13，CNC控制臺(tái)21與數(shù)控工作臺(tái)22，送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置31、送粉器32、送絲系統(tǒng)33，氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)40。
[0022]所述反射式光路13連接激光器11與送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置31。其中，所述激光器11為武漢金石凱激光有限公司研制的GS-TFL-10KW高功率橫流0)2激光器。
[0023]所述水冷機(jī)12通過(guò)冷卻水路對(duì)所述激光器11、反射式光路13、送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置31進(jìn)行降溫。其中，所述水冷機(jī)和冷卻水路為武漢團(tuán)結(jié)激光成套設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)制造的專為大功率激光器排熱的制冷換熱設(shè)備。
[0024]所述送粉器32、送絲系統(tǒng)33、氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)40與所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置31連接。其中，所述送粉器32為DPSF-2雙管載氣送粉器。所述送絲系統(tǒng)33包括送絲機(jī)和送絲控制柜，所述送絲機(jī)包括送絲軟管、校直裝置，所述送絲機(jī)為南通振康有限公司制造的SB-10-D/TIG型送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，送絲的速度范圍為1.5-15m/min，絲材的直徑范圍為0.8/1.0/1.2。所述氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)40包括壓縮機(jī)、與壓縮機(jī)連接的食品制氮機(jī)、與食品制氮機(jī)連接的儲(chǔ)氣罐。
[0025]所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置31位于數(shù)控工作臺(tái)22上方。其中，所述數(shù)控工作臺(tái)22包括一套CNC控制單元、一臺(tái)六軸五聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床。所述CNC控制單元是PMAC數(shù)控系統(tǒng)，X方向的最大行程為1500mm, Y軸最大行程800mm。所述機(jī)床所采用的伺服控制卡為PMAC卡。六軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)為煙臺(tái)機(jī)床附件廠生產(chǎn)的TSL400型立臥回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，臺(tái)面直徑400mm。此數(shù)控工作臺(tái)的重復(fù)定位精度為6/10000mm。
[0026]以上內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)，包括能量供給系統(tǒng)、CNC控制臺(tái)(21)與數(shù)控工作臺(tái)(22)、送料裝置、氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)(40)，所述送料裝置包括送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)，其特征在于:所述送料裝置還包括與所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)連接的送粉器(32)、送絲系統(tǒng)(33)，所述能量供給系統(tǒng)與所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)連接，所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)位于數(shù)控工作臺(tái)(22)上方，所述氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)(40)與所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于:所述能量供給系統(tǒng)包括一臺(tái)激光器(11)、水冷機(jī)(12)和冷卻水路、反射式光路(13)，所述激光器(11)所產(chǎn)生的激光經(jīng)反射式光路(13)進(jìn)入所述送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)，所述水冷機(jī)(12)通過(guò)冷卻水路對(duì)所述激光器(11)、反射式光路(13)、送絲送粉復(fù)合激光熔覆成形的裝置(31)進(jìn)行降溫。
3.如權(quán)利要求1所述的一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)控工作臺(tái)(22)包括一套CNC控制單元、一臺(tái)六軸五聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床。
4.如權(quán)利要求1所述的一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于:所述氮?dú)庵苽湎到y(tǒng)(40)包括壓縮機(jī)、與壓縮機(jī)連接的制氮機(jī)、與制氮機(jī)連接的儲(chǔ)氣罐。
5.如權(quán)利要求1所述的一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于:所述送絲系統(tǒng)(33)包括送絲機(jī)和送絲控制柜，所述送絲機(jī)包括送絲軟管。
6.如權(quán)利要求5所述的一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于:所述送絲機(jī)包括校直裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的一種光內(nèi)同軸復(fù)合送絲、送粉激光熔覆系統(tǒng)，其特征在于:所述送粉器(32)為雙管載氣送粉器。
【文檔編號(hào)】C23C24/10GK204185561SQ201420467562
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】王福來(lái), 毛利強(qiáng), 毛斌奇, 羅成英 申請(qǐng)人:蘇州克蘭茲電子科技有限公司