开题报告-激光熔覆送粉器设计.docx

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1、毕业设计（论文）开题报告题目：激光熔覆送粉器设计1毕业设计论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景激光熔陵技术是一项新兴的零件加工于表面改性技术，指以不同的填料方式在被涂糙基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄展同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，具有较低稀择率、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,大量节约加工成本,激光溶物

2、应用到快速制造金属零件,所需设备少,可以减少工件制造工序,节约成本,提高零件痂量,广泛应用于航空、军事、石油、化工、医疗器械等各个方面。现阶段激光技术已经研究到很高的水平，送粉罂是激光熔覆技术技术中的核心元件之一，先进的送粉装置可以大大提高激光熔覆技术水平。本课题来源于公司下一步所要研发的科研项H,具有很淘的实用价值。2.2 研究意义激光熔覆技术，是激光直接快速成形和激光绿色再制造的一种重要方法，它是在快速凝固过程中，通过送粉器向工作区域添加熔覆材料，利用高能量密度激光束将不同成分和性能的合金快速熔化，直接堆积形成非常致密的金属零件和在已损坏零件表面形成与零件具有完全相同成分和性能的合金层。通

3、过激光熔覆，可以无需借助刀具和模具就能从CAD文件直接制造出各种复杂的近净致宓金屈零件和在已经损坏的零件表面直接进行修更和再制造，以缩短开发周期，节约成本，降低能源消耗，在航空航天、武器制造和机械电子等行业具有良好的应用前景.在激光同步送粉熔覆工艺中，加工班量主要依赖的参数有：加工速度、粉末单位时间输送率、激光功率密度分布、光斑直径和粉末的输送速度；其中粉末单位时间输送率和粉末的输送速度是由送粉器的输送特性决定的，送粉器是激光熔覆技术中的核心元件之一，它按照加工工艺向激光熔池输送设定好的粉末。送粉器性能的好坏直接影响熔覆U的质量和加工零件尺寸等，所以开发高性能的送粉器对激光熔覆加工显得尤为重要

4、团.2.3 国内外相关研究情况激光熔置技术在工业应用和科学研尢中具有重要的应用前景，送粉器的设计和开发是激光熔覆设备的关键技术之一。随着激光熔覆技术的快速发展，以及对熔覆层的加工精度和质量要求的提高，国内外相继研发了基于不同原理的送粉器，国内激光熔物的研窕始20世纪70年代初,到20世纪80年代已发展成为表面工程、摩擦学、应用激光等领域的前沿性课题。进入20世纪90年代后,该领域的科学研究与应用开发都蓬勃发展,在工业上已经仃了些实际应用,尤其在轧辐行业中利用激光熔覆技术对轧辐表面进行改性和修豆已成为国内外普遍关注的实际问题。作影响熔糙U质量重要因素之一的送粉技术送粉装置也受到J越来越多的重视.

5、目前激光熔覆送粉方式主要有2种,即预置粉末法和同步送粉法。预汽粉末法是将待熔制的合金粉末用适当的方法预先覆盖在基材的表面,然后用光束扫描.同步送粉法是通过送粉装置在激光熔障的过程中将合金粉木直接送入激光作用区,在激光作用下基材和合金粉末同时熔化,结晶形成合金熔覆U.后一种方法的优点是工艺过程简单,合金材料利用率高,可控性好,容易实现自动化。因此,同步送粉法是激光熔覆技术的苜选送粉方法,国内外实际生产中采用较多。同步送粉激光熔覆中合金粉末是由送粉器传送到激光熔池中的,目前专门应用于该项技术的送粉设备有螺旋式送粉器、转盘式送粉器、刮板式送粉器、毛细管送粉器、鼓轮式送粉器、自玳式送粉器、制吸式送粉器

6、等.以上这些送粉器都有各自的特点,适合不同的情况旧2本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或指茂2.1 本课题研究的主要内容根据激光熔覆技术的要求，本题目的主要目的为新型送粉器的研究开发，要求根据工艺指标设计送粉潘，主要设计内容有粉桶、吸嘴、转盘、动力源、箱体进气管及冷却管道等部分结构设计，送粉器的控制硬件系统设计及选型。2.2 研究方案激光熔覆加工根据材料的供应方式不同分为两大类：预置粉末法和同步送粉法。同步送粉法工艺过程简单，合金材料利用率高，可控性好，容易实现自动化，是激光熔覆技术的首选方法,国内外实际生产中采用较多。送粉器的功能是将粉末按照加工工艺耍求精确的送入激光熔池,并确

7、保加工过程中，粉末能连续、均匀、稳定地输送。针对不同类型的粉末要求，目前国内外已经研制的送粉冷主要可以分为：螺旋式送粉器、转盘式送粉器、刮板式送粉器、毛细管式送粉沿、鼓轮式送粉器等。其工作原理包括：重力场、气体动力学和机械力学等。2.2.1 螺旋式送希器螺旋式送粉器主要是基于机械力学原理，如图1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，使粉末沿石桶壁输送至混介器.然后混合器中的敌流气体将粉末以流体的方式输送至加工区域。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。送粉量的大小可以由电机的转速调节。这种送粉器能传送粒度大于5m的

8、粉末，粉末的输送速率为10-1.50g,min.2.2.2 转盘式送给器转盘式送粉器是基于气体动力学原理,其结构如2所示，主要由粉斗、粉盘和吸粉嘴组成。粉盘上带有凹槽.整个装置处于密闭环境中,粉末由粉斗通过自身重力落入转盘凹槽，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入保护性气体，通过气体压力将粉末从吸粉端处送出，然后在经过出粉管到达激光加工区域。2.2.3 刮板式送粉器制板式送粉器，如图3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武力和栽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

9、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“送粉量大小是通过转盘的转速来决定的，通过对转盘传速的调节便可以控制送粉量的大小，同时谓节粉斗和特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20m的粉末输送。2.2.4 毛细管式送粉器这种方法主要是使用一个振动的毛细管来送粉，振动是为了粉末微粒的分离，该送粉器由I个超声波振荡器、1个带贮粉斗的毛细管和1个盛水的容器组成（见图4）。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.送粉

10、颗粒最小直径约04m.2.2.5 鼓轮式送箱器鼓轮式送粉潜的主要结构如图5所示.主要有贮粉斗、粉槽和送粉轮组成。粉末从贮粉斗落入卜面的粉槽,利用大气压强和粉糖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闿取粉末，又从右侧倒出粉末，粉末由于亚力从出粉口送出。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.2.3 研究方案为了满足获得较薄熔覆层的需要,本文设计并制作J一种多仓鼓轮可调式送粉:,吸嘴来用同轴线做员式,它具仃送粉速度较小且可调、送粉同步均匀、利用率高、稳定性好等特点,对激光熔覆技术的实际应用具有定的实用价值。（1）送粉速度可调（2）

11、送粉同步均匀（3）多仓式粉桶（4）送粉比例可调（5）采用闭环式控制系统（6）轴线可调式2.4 研究方法及描茶分别对所选定的方案进行结构设计、动力系统及控制系统设计、应用三维建模软件模拟整个送粉港的模拟仿真3本课题研究的篁点及难点，前期已开展工作激光熔覆送粉器设计的IE点是：研发新型的送粉器，要实现粉末的定量化、微量化、同步式自动化、送粉比可谓、熔海速度和送粉速度的智能化匹配等。送粉速度和送粉地要同步与激光渊，实现高效率的粉末利用和高质量的熔覆效果。对送粉器多粉桶、鼓轮式微量可调、同轴线吸端、质量沉IR器和一个闭环控制系统来实现定量化等。难点是：实现定量化、微量化、同步式自动化、熔覆速度和送粉速

12、度匹配的智能化匹配、对结构的设计、信息的反馈系统及控制系统要求很高，很难达到很高的精度要求。4完成本课题的工作方案及进度计划(按周次填写)第13周(2013/2-6至2013227):查阅资料，了解送粉器的工作原理和特点,完成基础的知识并撰写开网报告，初步设计工作原理并草绘原理图：第4-6周(2013-12-28至2014-01-10)：方案论证，深化方案具体设计实施步骤：第7-10周(2OI4-O222至2014-03-21)：详细设计多粉桶、鼓轮式送粉机构、微量可调、同轴线吸嘴、质址沉址器和闭环系统的相结合。各零件图及装配图的绘制，准备中期答辩；第11/5周(201403-22至2014-

13、0426):撰写论文，论文修改，准备终期答蒲。5指导教如意见(对课题的深度、广度及JS作量的意见)指导教师：年月曰6所在系审查意见:系主管领导：年月日注：D正文：宋体小四号字，行距20确，旗面打印：其他格式与毕业论文要求相同.2)开跑报告由各系集中归档保存.3)开题报告引用参考文献注择格式可参照附录E”毕业设计(论文参考文献样式”执行。不进入正文，可以作为附件放在开题报告后面。参考文献1李朋,杨怒.宾，炳春等.激光络覆同步送粉器的设计与应用J诙面技术.2007.36:81-8.2胡晓冬，马器，岁诚.激光熔覆同步送粉涔的研究现状J.快速成形技术.2011.(9):4649.(3J张春杰,李螂,赵

14、晓F1.指水冷及导向气体保护的同轴送粉喷喷P.中国专利：Z1.2(X)820232093.0,20()9-1()-21.4高士友成士玉,谏天宇,尤力.激光熔覆用送粉轴线可调的送检头P中国专利：Z1.200720103041.9.2008-10-08.5邱长军.余金水.周炬.何彬.一种激光测向送粉装置P中国专利：CN202555437U,2012-11-28.(6陈书法,刘秀波,雷剑波,陈劲松.种激光精密成形送粉方法及其光粉同轴装置PJ中国专利：CN101695752A,2OIO-(M-2I.(7)而飞,金璐.张典飞,李大为.一种激光熔邃多料仓负压送粉器P.中国专利:CN102134715z,2

15、010-01-27.8石世宏,刘双.刘秀波,郭开波.一种激光同轴送粉装置P.中国专利：CN201574193U,2010-01-09.9杨洗陈,王云山*赵新.一种激光涂敷送粉SHPJ.中国专利:Z1.02245663.5,2003-06-11.(10张健,张庆茂,周玉,沌小军,郭亮,刘颂豪.用于激光熔覆加工的同步送粉装置IP1.中国专利：CN103014696A,2012-12-13.(11苏英.赵伟.赵海珍,范志杰,高上友.激光循网同轴双路送粉装置P)中国利：CN202272950UO1.2-06-13.12王维，项坤，范昭诩等.班FUG的激光培附送粉器实体建模与运动仿典叫.机怵设计马制造,2012,(4):108-110.(13朱刚贤,李涤尘,张安峰等.沉积层结构对同轴送松喷畴粉末流场的影响规律J.中国激光,201037(6):1636-1642.14高士友,谭天宇,咸上玉，尤力.同轴送粉装置P.中国专利：CN1011580404A.2007-11-09.15)杨洗陈,冯立伟,罗涛，王云山.一种激光再制造送粉装王PJ.中国专利;Z1.200620026481.4,2007-06-21.16曾晓雁,胡乾午,黄永俊,周圣丰.自动送粉激光感应复合熔覆方法及装置IP1.中国专利:20071005