一种重力送粉方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种重力送粉装置，所述送粉装置包括龙门式数控机床，粉箱，势能控制装置，加工平台和粉末回收装置，所述粉箱，加工平台和粉末回收装置都安装在龙门式数控机床上。本发明专利技术通过特殊的粉末是能控制装置，利用重力送粉能够较好的避免粉末发散，同时能够大幅减少对熔池稳定性的扰动，提高成形精度和表面光洁度，并将熔池得粉率提高到90%以上。并将熔池得粉率提高到90%以上。并将熔池得粉率提高到90%以上。

【技术实现步骤摘要】
一种重力送粉方法及装置


[0001]本专利技术涉及金属材料增材制造
，尤其是涉及一种重力送粉方法及装置。

技术介绍

[0002]增材制造技术（Additive Manufacturing, AM）俗称3D打印技术，是一种通过建立数字模型，逐层堆积获得三维零件的高效数字化成形技术。增材制造复杂金属零件周期短、无需模具、响应设计速度快，是科研和制造业关注的热点技术，已逐步应用于汽车、航空航天、医疗等领域。激光熔化沉积增材制造技术与锻造和铸造等传统金属零件制造技术相比具有以下优势：高性能材料制备与复杂构件制造一步完成，其高度柔性的特质可以实现高性能非平衡材料与复杂结构制造，成形构件具有无宏观偏析、成分均组织致密的快速凝固非平衡组织，综合力学性能优异；无需大型锻造设备、大型锻压模材料利用率加工时间段、成本低、周期短、尤其适合高性能难加工金属合金大型复杂结构件的快速低成本生产，此外其高度柔性的制造特点可广泛应用于金属构件的修复，还可以与传统制造技术相结合形成混合制造技术。特别是增材制造以激光为热源，激光光斑很小，所产生的增材制造的熔池为微米级别，得到微区冶金的效果。
[0003]通过高能激光辐照金属基材表面形成熔池，送料装置将定量的原材料输送到熔池中，原材料熔化后和基材形成良好的冶金结合，这是激光表面熔覆、激光增材制造、激光修复、激光焊接等激光加工技术的基本原理。送粉是常用的送料方式，一般采用送粉气将粉末吹入熔池。
[0004]然而送粉气会加剧粉末发散，特别是大送粉量时，将导致粉末无法完全进入熔池，不仅影响粉末利用率，而且会降低成形精度和表面光洁度。此外，送粉气可能还会扰动熔池，使熔池不稳定，破坏加工过程，影响加工构件性能。采用上述方式进行送粉，送粉量超过5kg/h就将严重影响加工过程及构件性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出并设计了一种新的送粉装置及方法，以解决前述现有技术中所存在的送气送粉中的各种问题，即，采用重力送粉装置以及相应的送粉方法，创新性的提出了利用粉末自身重力进行送粉的送粉模式，能够实现45kg/h或更高的送粉量，能够较好的避免粉末发散，同时能够大幅减少对熔池稳定性的扰动，提高成形精度和表面光洁度，并将熔池得粉率提高到90%以上。
[0006]具体的，本专利技术首先提供一种重力送粉装置，其特征在于：所述送粉装置包括龙门式数控机床1，粉箱2，势能控制装置3，加工平台4和粉末回收装置5，所述粉箱2，加工平台4和粉末回收装置5都安装在龙门式数控机床1上；所述势能控制装置3通过多级液压机构13连接在加工平台4上，并通过第一可伸缩软管6和第二可伸缩软管7分别与粉箱2和粉末回收装置5通过可开闭的阀门连通；所述势能控制装置3为可容纳粉末的中空结构，并且内部设置具有缓冲作用的多层筛网12；所述势能
控制装置3通过送粉管15与设置加工平台4下方的加工头安装座19连通。
[0007]进一步优选的，所述送粉管15通过转动盘14与势能控制装置3连接，所述转动盘14可拆卸地安装在势能控制装置3上，并且转动盘14上有复数个送粉孔，所述复数个送粉孔的孔径大小各不相同，转动转动盘14以使所述送粉孔与送粉管15对应连通时则开启送粉；更进一步优选的，所述送粉管15为可伸缩的多级套管，可随所述多级液压机构13调节时对应伸缩。
[0008]进一步优选的，所述加工头上部安装次级势能控制装置21，其结构与所述势能控制装置3相同；次级送粉管22连通次级势能控制装置21以将粉末送入，次级势能控制装置21下方设置次级转盘23，所述次级转盘23与所述转动盘14结构相同；次级势能控制装置21通过次级回收管道24与次级粉末回收装置25连接，次级粉末回收装置25分别连接次级粉管26和次级气管27。
[0009]进一步优选的，所述粉末回收装置5可滑动地安装在所述龙门式数控机床1的龙门框架上。
[0010]进一步优选的，所述粉箱2具有第一充气管路9、第一排气管路10和第一氧分仪11；所述粉末回收装置5具有第二充气管路16、第二排气管路17和第二氧分仪18。
[0011]具体的，本专利技术还提供一种采用上述装置进行送粉的重力送粉方法，其特征在于包括如下步骤：将粉末加入粉箱2中；通过多级液压机构13调节势能控制装置3到熔池的高度为预设值，随后打开第一可伸缩软管6与粉箱2连接处的阀门，使得粉末从粉箱2进入势能控制装置3中；打开第二可伸缩软管7与势能控制装置3连接处的阀门，使得粉末在势能控制装置3堆积到一定高度之后，多余的粉末进入第二可伸缩软管7中，并通过第二可伸缩软管7进入粉末回收装置5；开启加工头开始进行送粉和增材加工。
[0012]进一步优选的，送粉量G通过以下经验公式进行控制：，式中，ρ为粉末材料密度，r为转动盘14的送粉孔的半径，g为重力加速度，h为势能控制装置3中粉末堆积的高度， l为势能控制装置3下方送粉管15的总长， k1为粉末之间的空隙带来的经验常数，取值为0.45
‑
0.5，k2为粉末之间摩擦阻力带来的经验常数，取值为0.79
‑
0.83。
[0013]进一步优选的，将粉末加入粉箱2中之前，通过充、排气管路充入惰性保护气体、排出内部空气，通过第一氧分仪11监测粉箱中氧含量，氧含量低于0.1%时关闭排气管路，继续充入惰性保护气体至粉箱2内压力大于一个大气压。
[0014]进一步优选的，打开第二可伸缩软管7与势能控制装置3连接处的阀门之前，通过充、排气管路充入惰性保护气体、排出内部空气，通过第一氧分仪11监测粉箱中氧含量，氧含量低于0.1%时关闭排气管路，继续充入惰性保护气体至粉箱2内压力大于一个大气压。
[0015]进一步优选的，粉末进入粉末回收装置5后还进行粉末回收，所述粉末回收具体为：关闭第二可伸缩软管7与势能控制装置3连接处的阀门，随后取下粉末回收装置5中将不
易氧化的粉末直接倒回粉箱2，或者，关闭第二可伸缩软管7与势能控制装置3连接处的阀门，开启充气管路吹入惰性保护气体，将粉末通过粉末回收装置5上设置的与粉箱2进料口连接的管路吹回粉箱2中。
[0016]本专利技术的重力送粉装置及方法：首先，本专利技术通过特殊的粉末是能控制装置，利用重力送粉能够较好的避免粉末发散，同时能够大幅减少对熔池稳定性的扰动，提高成形精度和表面光洁度，并将熔池得粉率提高到90%以上；第二，本专利技术通过特殊的粉末是能控制装置，利用重力送粉能够实现更大的送粉量（例如45kg/h或更高），从而大幅提高加工效率；第三，本专利技术采用多级调控的方式，并结合专利技术人创造性总结的经验公式，能够实现精确调整送粉量，最高能够将送粉量精确到0.1kg/h。
[0017]第四，本专利技术在送粉过程中和粉末回收过程中对粉末进行保护，能够减少粉末氧化，既能够实现粉末的循环利用，提高粉末的利用率，又保证加工构件的性能。
附图说明
[0018]图1为本专利技术重力送粉装置结构示意图。
[0019]图2为本专利技术次级粉末势能控制装置和次级粉末回收装置结构示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重力送粉装置，其特征在于：所述送粉装置包括龙门式数控机床（1），粉箱（2），势能控制装置（3），加工平台（4）和粉末回收装置（5），所述粉箱（2），加工平台（4）和粉末回收装置（5）都安装在龙门式数控机床（1）上；所述势能控制装置（3）通过多级液压机构（13）连接在加工平台（4）上，并通过第一可伸缩软管（6）和第二可伸缩软管（7）分别与粉箱（2）和粉末回收装置（5）通过可开闭的阀门连通；所述势能控制装置（3）为可容纳粉末的中空结构，并且内部设置具有缓冲作用的多层筛网（12）；所述势能控制装置（3）通过送粉管（15）与设置加工平台（4）下方的加工头安装座（19）连通。2.根据权利要求1所述的重力送粉装置，其特征在于，所述送粉管（15）通过转动盘（14）与势能控制装置（3）连接，所述转动盘（14）可拆卸地安装在势能控制装置（3）上，并且转动盘（14）上有复数个送粉孔，所述复数个送粉孔的孔径大小各不相同，转动转动盘（14）以使所述送粉孔与送粉管（15）对应连通时则开启送粉；所述送粉管（15）为可伸缩的多级套管，可随所述多级液压机构（13）调节时对应伸缩。3.根据权利要求2所述的重力送粉装置，其特征在于，所述加工头上部安装次级势能控制装置（21），其结构与所述势能控制装置（3）相同；次级送粉管（22）连通次级势能控制装置（21）以将粉末送入，次级势能控制装置（21）下方设置次级转盘（23），所述次级转盘（23）与所述转动盘（14）结构相同；次级势能控制装置（21）通过次级回收管道（24）与次级粉末回收装置（25）连接，次级粉末回收装置（25）分别连接次级粉管（26）和次级气管（27）。4.根据权利要求1所述的重力送粉装置，其特征在于，所述粉箱（2）具有第一充气管路（9）、第一排气管路（10）和第一氧分仪（11）；所述粉末回收装置（5）具有第二充气管路（16）、第二排气管路（17）和第二氧分仪（18）。5.根据权利要求1所述的重力送粉装置，其特征在于，所述粉箱（2）和粉末回收装置（5）分别具有保护气体充、排气管路和氧分仪。6.一种采用权利要求1
‑
5任意一项重力送粉装置进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClB二三K二六三四二，
申请(专利权)人：北京煜鼎增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：