本發(fā)明涉及一種激光熔覆送粉裝置，屬于激光加工及材料表面改性裝備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來隨著激光器及其單元技術(shù)的發(fā)展，激光熔覆技術(shù)在機(jī)械制造、航空航天、汽車交通和新材料等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。激光熔覆是一種將預(yù)期粉末置于基體材料之上，通過激光作為輸出能量源使得粉末與基體材料冶金結(jié)合的材料表面改性技術(shù)。其涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高，熔覆涂層性能優(yōu)良，在繼承基體材料的性能的基礎(chǔ)上，又能獲得熔覆粉末的優(yōu)良性能。激光熔覆工藝有兩種添加粉末的方式：其一，預(yù)置粉末，即在激光熔覆加工之前將粉末預(yù)置在基體材料上，這種方法效率低，而且每熔覆一個(gè)單道就要重新預(yù)置粉末，粉末的利用率極低，有的粉末由于自身流動(dòng)性高、粒度大很難預(yù)置在基體上或壓制成片，且該方法成本高，效率低，對(duì)操作精度要求高；其二，同步送粉方式，這種送粉方式能夠大大的提高熔覆效率，并且提高粉末的利用率，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。因此，同步送粉方式被普遍的應(yīng)用。

同步送粉激光熔覆技術(shù)被廣泛應(yīng)用于材料表面改性、零件修復(fù)、熱障涂層制備以及增材制造領(lǐng)域。而在這些工業(yè)領(lǐng)域中，要求粉末持續(xù)可控的定量定時(shí)地輸出，滿足熔覆層的多層、梯度疊加設(shè)計(jì)的要求。在多層熱障涂層制備過程中涂層需要沿垂直基體方向逐層熔覆，而且為了增強(qiáng)涂層的隔熱效果，層與層之間的粉末會(huì)不盡相同，因此同時(shí)需要多種粉末材料；梯度熱障涂層的制備需要實(shí)現(xiàn)兩種粉末之間的均勻配比以及粉末之間的快速切換，目前的單路送粉裝置由于熔覆效率低、自動(dòng)化程度不高、粉末浪費(fèi)嚴(yán)重等缺陷已經(jīng)不能很好的滿足上述要求。如專利cn105862030a公開了一種激光熔覆送粉裝置，采用了單路送粉的方式，粉末利用率低，一次只能熔覆一種粉末，且更換粉末時(shí)還要清洗螺旋送粉裝置，以防止粉末間污染，從而降低了熔覆效率，并影響了熔覆質(zhì)量。因此，設(shè)計(jì)一種能夠適用于激光熔覆制備多層或者梯度熱障涂層、增材制造等應(yīng)用的送粉裝置對(duì)其發(fā)展就有重大意義。

經(jīng)檢索，專利cn103602978a公開了一種激光熔覆同步送粉器機(jī)械式自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，雖能很好的實(shí)現(xiàn)激光熔覆制備梯度涂層的自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，但其轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)位置精度要求很高，并且凸輪凹槽的軌跡制造復(fù)雜，以及單路傳送導(dǎo)致螺旋送粉器內(nèi)部出現(xiàn)粉末間污染。專利cn204185564u公開了一種多倉式激光熔覆送粉器，雖可以滿足不同比例的熔覆要求，一次存儲(chǔ)多次熔覆實(shí)用的效果，但不能實(shí)現(xiàn)精確的定量定時(shí)控制，且粉末利用率不高、回收難。專利cn102560474a公開了一種激光熔覆多路同步送粉器，其能夠?qū)崿F(xiàn)粉末連續(xù)均勻輸送，各路送粉裝置既能獨(dú)立送粉也能同時(shí)工作，但該裝置粉末浪費(fèi)嚴(yán)重，并且多路分開設(shè)置不利于粉末的穩(wěn)定輸送，以及擴(kuò)展粉路需要的制造成本高。專利cn103014696a公開了一種用于激光熔覆加工的同步送粉裝置，雖然其能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)加粉，提高生產(chǎn)效率，但是該裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且粉末利用率不高，并不能保證粉末輸送的均勻性。以上專利技術(shù)均未涉及到送粉過程輔助烘干、粉末分類回收再利用，具有一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種可回收式多路轉(zhuǎn)換輔助烘干激光熔覆送粉裝置，解決目前送粉裝置的熔覆效率不高、粉末浪費(fèi)嚴(yán)重、自動(dòng)化程度低、粉末由于濕潤在軸套內(nèi)壁積聚導(dǎo)致的粉末堵塞等問題，以滿足同步送粉激光熔覆在制備多層或者梯度熱障涂層、增材制造等領(lǐng)域的需求。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種可回收式多路轉(zhuǎn)換輔助烘干激光熔覆送粉裝置，其特征在于：包括多個(gè)螺旋送粉裝置、轉(zhuǎn)換裝置、出粉倉、粉末回收箱、計(jì)算機(jī)和plc控制器，

所述動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置包括步進(jìn)電機(jī)ⅰ、步進(jìn)電機(jī)ⅱ、大齒輪、小齒輪ⅱ、小齒輪ⅰ、小齒輪ⅲ、傳動(dòng)軸，

所述步進(jìn)電機(jī)ⅰ通過高架固定在底座上，所述小齒輪ⅱ固定連接在步進(jìn)電機(jī)ⅰ的輸出軸上；所述小齒輪ⅲ固定連接在步進(jìn)電機(jī)ⅱ的輸出軸上、并與大齒輪嚙合，

所述大齒輪與固定在底座上的支撐架ⅰ滾動(dòng)連接，所述傳動(dòng)軸的一端與大齒輪固定連接，另一端與端蓋ⅰ固定連接并支撐在支撐架ⅱ上；

所述多個(gè)螺旋送粉裝置以大齒輪的分度圓圓心為中心均布，且所述螺旋送粉裝置的螺紋軸為階梯軸均穿過所述大齒輪、固定連接小齒輪??；所述小齒輪ⅰ能夠與小齒輪ⅱ嚙合；

所述出粉倉兩端分別連接端蓋ⅰ、端蓋ⅱ，且均為轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述端蓋ⅰ上具有通孔，出粉倉、端蓋ⅰ、端蓋ⅱ圍成出料通道；所述端蓋ⅱ上連接有與高壓氬氣罐連通的氬氣噴嘴；所述出料通道的出料口通過電磁閥分別與粉末回收箱和出粉噴嘴連通；

所述步進(jìn)電機(jī)ⅰ、步進(jìn)電機(jī)ⅱ均通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與計(jì)算機(jī)連接，所述電磁閥通過plc控制器與計(jì)算機(jī)連接，所述計(jì)算機(jī)通過控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)ⅰ和步進(jìn)電機(jī)ⅱ的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)定量定時(shí)輸送粉末，并通過plc控制器實(shí)現(xiàn)電磁閥的調(diào)控。

優(yōu)選地，所述高壓氬氣罐與氬氣噴嘴之間的管道上設(shè)置有烘干箱和壓力指示節(jié)流閥，所述烘干箱和壓力指示節(jié)流閥均與plc控制器連接，所述計(jì)算機(jī)通過plc控制器實(shí)現(xiàn)烘干箱和壓力指示節(jié)流閥的調(diào)控。

優(yōu)選地，所述螺旋送粉裝置的數(shù)量為2個(gè)、4個(gè)、6個(gè)、或者更多。

優(yōu)選地，所述螺旋送粉裝置主要包括螺紋軸、圓柱形軸套、儲(chǔ)粉倉、密封倉蓋，圓柱形軸套上端固定有儲(chǔ)粉倉，儲(chǔ)粉倉設(shè)置在圓柱形軸套的中點(diǎn)靠左部分、上端有螺紋連接固定的密封倉蓋，圓柱形軸套左端與大齒輪通過螺紋連接固定、右端與端蓋ⅰ配合形成水平支撐；螺紋軸與圓柱形軸套配合，其左端設(shè)有密封軸承、密封圈以及端蓋，并通過鍵槽與小齒輪ⅰ連接，采用螺母固定壓緊。

優(yōu)選地，所述的密封倉蓋采用透明材料制成。

優(yōu)選地，出料倉與端蓋ⅰ之間設(shè)置圓柱滾子，所述圓柱滾子與外部空氣接觸端，裝有保持架和密封圈。

優(yōu)選地，所述出粉倉中出料通道形狀為花瓶形；與端蓋ⅰ上的通孔對(duì)位的出粉倉出料通道入口孔下邊緣有倒角。

優(yōu)選地，氬氣噴嘴通過密封件固定在端蓋ⅱ上，密封件的中心軸線與端蓋ⅱ的表面垂直，氬氣噴嘴與密封件的中心軸線成一定角度。

優(yōu)選地，所述的電磁閥為二位三通電磁閥，粉末由出粉口流至電磁閥，電磁閥左位接粉末回收箱，右位接出粉噴嘴，只有在熔覆時(shí)為右位連通，其余時(shí)間都是左位接通。

優(yōu)選地，所述粉末回收箱有與螺旋送粉裝置對(duì)應(yīng)數(shù)量的箱位，從電磁閥出口至粉末回收箱的管路上設(shè)有一個(gè)與plc控制器連接的直動(dòng)式電磁閥組，每個(gè)直動(dòng)式電磁閥控制一路通向粉末回收箱的管道，當(dāng)轉(zhuǎn)換不同粉路時(shí)，plc控制器調(diào)控各個(gè)直動(dòng)式電磁閥的通斷，將粉末輸送到對(duì)應(yīng)的箱位，以分類收集粉末，防止粉末間污染。。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明將多個(gè)螺旋送粉裝置通過機(jī)械結(jié)構(gòu)集成在一起，其結(jié)構(gòu)緊湊，裝置之間轉(zhuǎn)換靈活，所占空間比小，便于與激光器集成；采用齒輪嚙合帶動(dòng)螺紋軸轉(zhuǎn)動(dòng)，相比聯(lián)軸器，對(duì)電機(jī)與螺紋軸的位置精度要求更低，便于裝配。

2)本發(fā)明具有多個(gè)螺旋送粉裝置，可以一次同時(shí)裝載多種粉末，減少了在制備多層或者梯度熱障涂層、增材制造等過程中更換粉末、以及更換粉末時(shí)清理裝置內(nèi)部殘余粉末的時(shí)間，大大提高了熔覆效率以及送粉效率；

3)本發(fā)明通過計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器從而控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、步進(jìn)角及其啟停，而且該螺旋送粉裝置電機(jī)的轉(zhuǎn)速與粉末的質(zhì)量流量成正比關(guān)系，在選定粉末種類、粒度，確定所需的質(zhì)量流量的前提下可以自動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)速大小，并根據(jù)轉(zhuǎn)速大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)精確定量定時(shí)控制粉末輸送；

4)本發(fā)明通過烘干箱將氣體加熱后輸送到出粉倉，從而達(dá)到烘干粉末，提高粉末流動(dòng)性，防止由于潮濕導(dǎo)致的粉末積聚；

5)本發(fā)明通過二位三通電磁閥控制粉末流向，設(shè)置粉末回收裝置，對(duì)粉末進(jìn)行分類回收，提高了粉末回收利用率，降低了成本；

6)本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)，操作簡單，自動(dòng)化程度高，經(jīng)濟(jì)，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)不同熔覆需求，同時(shí)裝入多種不同的粉末，并能夠通過轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多個(gè)粉路之間的轉(zhuǎn)換，滿足應(yīng)用于多層或者梯度熱障涂層制備時(shí)的需求；通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確定量定時(shí)控制粉末的持續(xù)輸送；輔助烘干裝置可以用來解決在裝存及輸送粉末，或者送粉器在長期不使用存放過程中導(dǎo)致的內(nèi)部受潮致使粉末受潮，進(jìn)而導(dǎo)致的粉末積聚、堵塞、電機(jī)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，提高熔覆涂層的質(zhì)量；粉末回收箱可以確保粉末的合理回收利用，提高熔覆過程的粉末利用率；通過計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高熔覆效率以更適合激光熔覆制備多層或者梯度熱障涂層，增材制造等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的可回收式多路轉(zhuǎn)換輔助烘干激光熔覆送粉裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為所述的可回收式多路轉(zhuǎn)換輔助烘干激光熔覆送粉裝置俯視圖；

圖3為所述的可回收式多路轉(zhuǎn)換輔助烘干激光熔覆送粉裝置的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)原理圖；

圖4為圖1中ⅱ處的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖5為圖1中ⅲ處的出粉口結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖6為圖1中ⅰ處的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖7為花瓶形出粉倉結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1-圓柱形軸套，2-螺紋軸，3-密封倉蓋，4-儲(chǔ)粉倉，5-圓柱滾子，6-端蓋ⅰ，7-出粉倉，8-端蓋ⅱ，9-氬氣噴嘴，10-密封件，11-烘干箱，12-壓力指示節(jié)流閥，13-高壓氬氣罐，14-支撐架ⅱ，15-plc控制器，16-計(jì)算機(jī)，17-出粉噴嘴，18-電磁閥，19-粉末回收箱，20-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，21-底座，22-高架，23-步進(jìn)電機(jī)ⅰ，24-小齒輪ⅱ，25-小齒輪ⅰ，26-支撐架ⅰ，27-小齒輪ⅲ，28-大齒輪，29-步進(jìn)電機(jī)ⅱ，30-傳動(dòng)軸，31-直動(dòng)式電磁閥組。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

如圖1、圖2、圖3、圖6所示，本發(fā)明所述的可回收式多路轉(zhuǎn)換輔助烘干激光熔覆送粉裝置，具有六路螺旋送粉裝置、動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置、出粉倉7、粉末回收箱19、計(jì)算機(jī)16和plc控制器。

所述動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置包括步進(jìn)電機(jī)ⅰ23、步進(jìn)電機(jī)ⅱ29、大齒輪28、小齒輪ⅱ24、小齒輪ⅰ25、小齒輪ⅲ27、傳動(dòng)軸30，所述步進(jìn)電機(jī)ⅰ23通過高架22固定在底座21上，所述小齒輪ⅱ24固定連接在步進(jìn)電機(jī)ⅰ23的輸出軸上；所述小齒輪ⅲ27固定連接在步進(jìn)電機(jī)ⅱ29的輸出軸上、并與大齒輪28嚙合，所述大齒輪28與固定在底座21上的支撐架ⅰ26滾動(dòng)連接，所述傳動(dòng)軸30的一端與大齒輪28固定連接，另一端與端蓋ⅰ6固定連接并支撐在支撐架ⅱ14上。

所述螺旋送粉裝置主要包括螺紋軸2、圓柱形軸套1、儲(chǔ)粉倉4、密封倉蓋3，圓柱形軸套1上端固定有儲(chǔ)粉倉4，儲(chǔ)粉倉4設(shè)置在圓柱形軸套1的中點(diǎn)靠左部分、上端有螺紋連接固定的密封倉蓋3，圓柱形軸套1左端與大齒輪28通過螺紋連接固定、右端與端蓋ⅰ6配合形成水平支撐；螺紋軸2與圓柱形軸套1配合，其左端設(shè)有密封軸承、密封圈以及端蓋，并通過鍵槽與小齒輪ⅰ25連接，采用螺母固定壓緊。所述的密封倉蓋3采用透明材料制成。

如圖2所示，所述多個(gè)螺旋送粉裝置以大齒輪28的分度圓圓心為中心均布，且所述螺旋送粉裝置的螺紋軸2為階梯軸均穿過所述大齒輪28、固定連接小齒輪ⅰ25；所述小齒輪ⅰ25能夠與小齒輪ⅱ24嚙合；所述出粉倉7左端與端蓋ⅰ6滾動(dòng)連接、右端與端蓋ⅱ8螺紋連接所述端蓋ⅰ6上具有通孔，出粉倉7、端蓋ⅰ6、端蓋ⅱ8圍成出料通道；出粉倉7與端蓋ⅰ6之間設(shè)置圓柱滾子5，所述圓柱滾子5與外部空氣接觸端，裝有保持架和密封圈。所述出粉倉7中出料通道形狀為花瓶形；與端蓋ⅰ6上的通孔對(duì)位的出粉倉7出料通道入口孔下邊緣有倒角，如圖4、圖5、圖7所示。所述端蓋ⅱ8上連接有與高壓氬氣罐13連通的氬氣噴嘴9，所述高壓氬氣罐13與氬氣噴嘴9之間的管道上設(shè)置有烘干箱11和壓力指示節(jié)流閥12；所述出料通道的出料口通過電磁閥18分別與粉末回收箱19和出粉噴嘴17連通；所述步進(jìn)電機(jī)ⅰ23、步進(jìn)電機(jī)ⅱ29均通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器20與計(jì)算機(jī)16連接，所述電磁閥18、烘干箱11、壓力指示節(jié)流閥12通過plc控制器與計(jì)算機(jī)16連接，所述計(jì)算機(jī)16通過控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器20控制步進(jìn)電機(jī)ⅰ23和步進(jìn)電機(jī)ⅱ29的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)定量定時(shí)輸送粉末，并通過plc控制器15實(shí)現(xiàn)電磁閥18、烘干箱11和壓力指示節(jié)流閥12的調(diào)控。

小齒輪ⅲ27與步進(jìn)電機(jī)ⅱ29連接，連接采用鍵槽定位螺母壓緊固定的方式，并與大齒輪28嚙合傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)六個(gè)螺旋送粉裝置之間的轉(zhuǎn)換，每個(gè)螺旋送粉裝置中都裝有粉末，其粉末可以不同或者相同，視具體要求而定，以滿足激光熔覆對(duì)多種粉末的需求；其一，當(dāng)六個(gè)儲(chǔ)粉倉4中裝載不同粉末時(shí)，可用于激光熔覆制備多層或者梯度熱障涂層或者多種不同涂層的制備；其二，當(dāng)六個(gè)儲(chǔ)粉倉4中裝載相同的粉末的時(shí)候可以節(jié)約加粉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)一次裝載長時(shí)間熔覆，以提高熔覆效率，比較適用于增材制造。

小齒輪ⅱ24與步進(jìn)電機(jī)ⅰ23連接，連接采用鍵槽定位螺母壓緊固定的方式，并與小齒輪ⅰ25嚙合帶動(dòng)螺紋軸2旋轉(zhuǎn)，粉末依靠自身重力作用進(jìn)入到螺紋牙之間的區(qū)域，螺紋軸傳動(dòng)將粉末傳送到出粉倉7；螺紋軸2的右端與出粉倉7的上部小孔對(duì)準(zhǔn)，粉末自小孔流入花瓶形出粉倉7中。

氬氣噴嘴9通過密封件10固定在端蓋ⅱ8上，密封件10的中心軸線與端蓋ⅱ8的表面垂直，氬氣噴嘴9與密封件10的中心軸線成60-90°角度，氬氣噴嘴9與烘干箱11通過銅管相連，烘干箱11、壓力指示節(jié)流閥12、高壓氬氣罐13通過塑膠氣管相連，氬氣經(jīng)過烘干箱11的加熱流入出粉倉7中，烘干箱11與plc控制器15連接，在送粉之前，將烘干箱的溫度設(shè)置在100-200℃，壓力指示節(jié)流閥12的氣壓在0.5-1mpa范圍內(nèi)，與plc控制器15相連，通過計(jì)算機(jī)控制氣體通斷，氬氣起到烘干粉末、充當(dāng)保護(hù)氣、輸送粉末的作用；

氣流將粉末輸送至出粉口，出粉口與二位三通電磁閥18連通，電磁閥18與plc控制器15連接，控制通斷，電磁閥18左位經(jīng)直動(dòng)式電磁閥組31分為六路接粉末回收箱19，右位接出粉噴嘴17，只有在熔覆時(shí)為右位連通，其余時(shí)間都是左位接通。當(dāng)使用不同的送粉粉路時(shí)，plc控制器輸送電信號(hào)給各個(gè)直動(dòng)式電磁閥，調(diào)控其通斷，以使得粉末對(duì)位分類回收，提高粉末利用率，保持熔覆焊道周圍清潔。

本發(fā)明所述的送粉裝置，連接電器元件的導(dǎo)線采用外部絕緣的銅導(dǎo)線，氣體管道均采用塑膠管道，粉末噴嘴由純銅制成，與一段純銅管相連，通過夾持架固定在熔覆頭側(cè)面，通過粉末的自重和氣流將粉末輸送至基材表面，并與激光光斑重合。

計(jì)算機(jī)16通過程序控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器20，從而精確地控制步進(jìn)電機(jī)ⅰ23和步進(jìn)電機(jī)ⅱ29的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際需求定量定時(shí)輸送粉末，其定量關(guān)系根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出：電機(jī)的轉(zhuǎn)速與粉末的質(zhì)量流量成正比關(guān)系，而且粉末的種類、粒度、密度不同，其比例系數(shù)也不同。據(jù)此可以通過測定不同粉末的比例系數(shù)建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的熔覆粉末比例系數(shù)數(shù)據(jù)庫。在選定粉末種類、粒度，確定所需的質(zhì)量流量的前提下可以自動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)速大小，并根據(jù)轉(zhuǎn)速大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)精確定量控制粉末輸送；在輸送ni60a粉末，粒度為-100～+300目，測定比例系數(shù)為0.07499g/r，要想獲得質(zhì)量流量為15g/min的粉末供應(yīng)，計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)速為200r/min。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。