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激光熔覆送粉器工作原理 2020-04-18

送粉器的功能是按照加工工艺的要求将熔覆粉末精确地送入熔池,并确保加工过程中,粉末能连续、均匀、稳定地输送。送粉器的性能将直接影响到层的质量。随着技术的发展,对送粉器的性能也提出了更高的要求。针对不同类型的工艺特点和粉末类型,目前国内外已经研制的送粉器类型主要有螺旋式送粉器、转盘式送粉器、刮板式送粉器、毛细管式送粉器、鼓轮式送粉器、电磁振动送粉器等。其工作原理包括重力场、气体动力学和机械力学等。

各种送粉器的具体结构形式和工作原理

 ①螺旋式送粉器

螺旋式送粉器主要是基于机械力学原理,如图4.9(a)所示,它主要由粉末存储仓斗、螺旋杆、振动器和混合器等组成。工作时,电机带动螺杆旋转使粉末沿着筒壁输送至混合器,然后混合器中的载流气体将粉末以流体的方式输送至加工区城。为了使粉末充满螺纹间隙,粉末存储仓斗底部加有振动器,能提高送粉量的精度。送粉量的大小与螺杆的旋转速度成正比,调节控制螺杆转动的电机转速,就能精确控制送粉量。



   这种送粉器能传送拉度大于15um的粉末,粉末的输送速率为10-150g/min。比较适合小颗粒粉末输送,工作中输送均匀,连续性和稳定性高。并且这种送粉方式对粉末的干湿度没有要求,可以输送稍微潮湿的粉末。但是不适用于大颗拉粉末的输送,容易堵塞。由于是靠螺纹的间隙送粉,送粉量不能太小,所以很难实现精密激光熔覆加工中所要求的微量送粉,并且不适合输送不同材料的粉末。


   ②转盘式送粉器

转盘式送粉器是基于气体动力学原理,其结构如图4.9(b)所示,主要由粉斗、粉盘和吸粉嘴组成。粉盘上带有凹槽,整个装置处子密闭环境中,粉末由粉斗通过自身重力落人转盘凹槽,并且电机带动粉盘转动将粉末运至吸粉嘴,密闭装置中由进气管充人保护性气体,通过气体压力将粉末从吸粉嘴处送出,然后在经过出粉管到达激光加工区域。

   转盘式送粉器基于气体动力学原理,以通入的气体作为载流气体进行粉末输送,这种送粉器适合球形粉末的输送,并且不同材料的粉末可以混合输送,最小粉末轴送率可达1g/min。但是对其他形状的粉末输送效果不好,工作时送粉率不可控,并且对粉末的干燥程度要求高,稍徽潮湿的粉末会使送粉的连续性和均匀性降低。


   ③刮板式送粉器

刮板式送粉器,如图4.10所示,它主要由存储粉末的粉斗、转盘、刮板、接粉斗等组成。工作时粉末从粉斗经过漏粉孔靠自身的重力和载流气体的压力流至转盘,在转盘上方固定一个与转盘表面紧密接触的刮板,当转盘转动时,不断将粉末刮下至接粉斗,在载流气体作用下,通过送粉管送至激光加工区域。送粉最大小是通过转盘的转速来决定的,通过对转盘转速的调节便可以控制送粉量的大小,同时调节粉斗和转盘的高度和漏粉孔的大小,可以使送粉量的调节达到更宽的范围,刮板式送粉器适用于颗粒直径大于20um的粉末输送。

刮板式送粉器对于颗粒较大的粉末流动性好,易于传输。但在输送颗粒较小的粉末时,容易团聚,流动性较差,送粉的连续性和均匀性差,容易造成出粉管口堵塞。针对传统刮板式送粉器的不足,有改进的摆针式刮板同步送粉器,其结构如图4. 10 (b)所示,由摆针i、粉简体2、吸嘴3、转盘4、动力源5、箱体6及进气管几部分组成。粉简由装粉螺拴、粉筒盖、粉筒体、摆针、平衡气管、调节阀和不同尺寸的密封圈组成。吸嘴由心轴、弹簧、内嘴、滚珠和导管组成。动力源由转轴、骨架型密封圈、减速机和步进电动机组成。

   一般情况下,较大尺寸的粉末流动性较好,易于传送。而颗粒直径较小的粉末


容易团聚,流动性较差,通常传送小尺寸的粉末是非常困难的。送粉器首先需要将团聚的粉末打散,其次被打散的粉末需在一定的速度和传输速率下传送。摆针式刮板同步送粉器工作时,步进电动机带动转轴旋转,转轴的旋转带动转盘【槽型凸轮机构,凸轮轮廓线形式见图4. 10(b)」同步旋转,摆针沿着槽型凸轮轮廓线往复摆动,将团聚的粉末打散。被打散的粉末在重力的作用下均匀连续地落在转盘的大小沟槽中,进气管连续往箱体内充气,使箱体内产生正压。当粉末随着转盘转至吸嘴下方时,粉末在空气正压的作用下随空气一起沿着导管连续、均匀流出箱体,送至激光加工区。


④毛细管式送粉器

这种方法主要使用一个振动毛细管来送粉,振动是为了粉末微粒的分离,该送粉器由1个超声波振荡器、1个带储粉斗的毛细管和1个盛水的容器组成【图4. 11 (a)〕。电源驱动超声波发生器产生超声波,用水来传送超声波。粉末存储在毛细管上面的漏斗里,毛细管在水面下面。下端漏在容器外面,通过产生的振动将粉末打散开,由重力场传送。

 毛细管送粉器能输送的粉末直径大于0.4um。粉末输送率最低可以达到≤lg/min。能够在一定程度上实现精密熔覆中要求的微量送粉,但是它是靠白身的重力输送粉末的,因此必须是干燥的粉末,否则容易堵塞,送粉的重复性和稳定性差。对于不规则的粉末输送,输送时在毛细管中容易堵塞,所以只适合于球形粉末的输送。


 ⑤鼓轮式送粉器

鼓轮式送粉器的主要结构如图4.11 (b)所示,主要由储粉斗、粉槽和送粉轮组成。粉末从储粉斗落人下面的粉槽,利用大气压强和粉槽内的气压维持粉末堆积量在一定范围内的动态平衡。鼓轮匀速转动,其上均匀分布的粉勺不断从粉槽舀取粉末,又从右侧倒出粉末,粉末由于重力从出粉口送出。通过调节鼓轮的转速和更换不同大小的粉勺来实现送粉率的控制。

鼓轮式送粉器工作原理是基子重力场,对于颗粒比较大的粉末,因其流动性好能够连续送粉,并且机构简单。由于它是通过送粉轮上的粉勺输送粉末的,对粉末的干燥度要求高,微湿的粉末和超细粉末容易堵塞粉勺,使送粉不稳定,精度降低。


⑥电磁振动送粉器

电磁振动送粉器的原理如图4.11 (c)所示,在电磁振动器的推动下,阻分器振动,储藏在储粉仓内的粉末沿着螺旋槽逐渐上升到出粉口,由气流送出。阻分器还有阻止粉末分离的作用。电磁振动器实质上是一块电磁铁,通过调节电磁铁线圈电压的颇率和大小就可实现送粉率的控制。

电磁振动送粉器是基于机械力学和气体动力学原理工作的,反应灵敏,由于是用气体作为载流体将粉末输出的,所以对粉末的干燥程度要求高,微湿粉末会造成送粉的重复性差。并且对子超细粉末的输送不稳定,在出粉管处超细粉末容易团聚,发生堵塞。






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