【正文】 送粉器，是把螺桿置于料斗的底部，通過螺紋把粉末送到混合器，再用氣體將粉末輸送出去。%；閆江松等研制了一種容積式送粉器，在 200 目 FNi07B 材料輸送的實驗中，送粉量為 0~40g/min，送粉誤差為 %；田鳳杰等設(shè)計的同軸送粉系統(tǒng)，能夠輸送功能梯度材料，在粉末充分混合后運用刮吸式送粉機構(gòu)將粉末輸送，顆粒度為 100~350 目的粉末，其送粉量為 2~25g/min，送粉誤差 3%以下；馮立偉等研究的雙料斗載氣式送粉器，可實現(xiàn)單料斗運粉或雙料 斗同時送粉，且可實現(xiàn) 2 種粉末的混合輸送， 150 目的Ni25 與 320 目的 WC 混合粉末輸送試驗中，送粉量為 5~20g/min；李艷麗等設(shè)計的螺旋送粉器可實現(xiàn) 7~60g/min 的送粉量。 隨著激光熔覆技術(shù)的快速發(fā)展，送粉器作為熔覆設(shè)備的核心元件之一，也得到了廣泛的 研究。 （ 2）微量化。 （ 3）超細化。一般情況下，較大尺寸的粉末 (顆粒直徑 100μm)流動性較好，易于傳送，而顆粒直徑較小的粉末 (顆粒直徑 1μm)容易聚團和粘滯，流動性較差，通常傳送這樣尺寸的粉末是非常困難的 [17]，所以，在同步送粉器中，流動性差是超細粉末輸送的難點，由于細粉末的聚團和粘滯，而導致送粉不連續(xù)和送粉量不均勻，得到的熔覆層厚度不均勻、表面質(zhì)量差、嚴重精密熔覆和微成型的質(zhì)量。 本設(shè)計擬解決的關(guān)鍵問題和研究方法 本課題研究重點和難點即在研究并解決影響粉末傳輸過程中影響其均勻性和穩(wěn)定性的主要因素以及超細粉末的輸送難題。同時這一過 程又是一個能量、動量、質(zhì)量運送的過程，不僅存在傳熱現(xiàn)象，而且存在對流和質(zhì)量傳遞，這些過程直接影響激光工藝質(zhì)量以及對工藝參數(shù)的要求、深入了解激光熔池中發(fā)生的傳熱和對流機理對于正確運用激光熔覆技術(shù)十分重要，通過建立數(shù)學方程來描述激光熔池中的動力學數(shù)理方程，通過建立數(shù)學模型來分析激光熔池內(nèi)的溫度場，運動場。 2）觀察法 通過觀察實驗室的 5kv 橫流二氧化炭氣體激光器及多軸聯(lián)動數(shù)控激光系統(tǒng) ，了解同軸送粉器的主要結(jié)構(gòu)，功能和工作原理。 和 設(shè)計的轉(zhuǎn)盤式送粉器，是用刮板將轉(zhuǎn)盤上的粉末推到凹槽內(nèi)，再用載流氣體將粉末輸送走。 在國內(nèi)，陳德善等研制了一種 GL 型輥輪式送粉器，它是一種機械定量式送粉器，可以使粉末按著 “先定量堆積而后輸出 ”的基本程序進行輸送，送粉量穩(wěn)定，送粉粒度為 320 目以下，送粉進度可達 177。其工作原理包括：重力場、氣體動力學和機械力學等。送粉量的大小可以由電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 。 工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁，共 49 頁 圖 ㈢刮板式送粉器 刮板式送粉器，如圖 所示，它主要 由存轉(zhuǎn)盤、儲粉末的粉斗、刮板、接粉斗等組成。 圖 ⑷毛細管式送粉器 這種方法主要是使用一個振 動的毛細管來送粉，振動是為了粉末微粒的分離，該送粉器由 1 個超聲波振蕩器、 1 個帶貯粉斗的毛細管和 1 個盛水的容器組成（見圖 ）。 圖 毛細管式送粉器 ⑸鼓輪式送粉器 鼓輪式送粉器的主要結(jié)構(gòu)如圖 所示，主要有貯粉斗，粉槽和送粉輪組成。 圖 工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁，共 49 頁 ⑹沸騰式送粉器 沸騰式送粉器用氣流將粉末流化或達到臨界流化，由氣體將這些流化或臨界流化的粉末吹送運輸?shù)囊环N送粉裝置（見圖 ）。 圖 沸騰式送粉器 ⑺電磁振動送粉器 電磁振動送粉器的原理圖如圖 所示，在電磁振動器的推動下，阻分器振動，儲藏在貯粉倉內(nèi)的粉末沿著螺旋槽逐漸上升到出粉口，由氣流送出。但是不適用于大顆粒粉末的輸送，容易堵塞。 （ 3）刮板式送粉器：對于顆粒較大的粉末流動性好，易于傳輸。能夠在一定程度上實現(xiàn)精密熔覆中要求的微量送粉，但是它是靠自身的重力輸送粉末，必須是干燥的粉末，否則容易堵塞，送粉的重復性和穩(wěn)定性差，對于不規(guī)則的粉末輸送，輸送時在毛細管中容易堵，所以只適合于球形粉末 的輸送。工作時，載流氣體在氣體流化區(qū)域直接將粉末吹出送至激光熔池。并且對于超細粉末的輸送不穩(wěn)定，在出粉管處超細粉末容易團聚，發(fā)生堵塞?，F(xiàn)有的送粉器基本都能夠?qū)我坏姆勰┻M行連續(xù)送粉，以后送粉器的發(fā)展向著混合送粉、多方式送粉和高精度方向發(fā)展，目前已先后研制出多料倉混合的送粉器，熔覆材料組成及配比連續(xù)可調(diào)的送粉器以及高度集成帶有信息反饋附件的送粉器等。當進行零件的激光熔覆精密修復時，大送粉量的送粉器根本無法滿足工作的要求。 送粉器主要問題分析 本課題研究的超細粉末送粉器輸送的粉體顆粒直徑在十幾 um~幾百納米之間，其質(zhì)量很小，具有常規(guī)粉末所不具備的特殊性能。面對有極大分子集合 構(gòu)成的體系，隨著顆粒間距離的增大，其分子間作用力的衰減程度明顯變緩，這是因為存在多個分子綜合作用的緣故顆粒間分子間的有效距離可達 50nm，因此是長程力，在這些力的作用下，顆粒間形成了顆粒鏈，如果某些外力作用在顆粒鏈上會使顆粒鏈發(fā)生斷裂而形成團聚。燒結(jié)不均勻?qū)箼C體產(chǎn)生應力，并影響機體致密化。 (2)采用特殊結(jié)構(gòu)的粉輪和粉輪腔，對分粉末進行打散和精確計算輸送，粉輪運轉(zhuǎn)速度連續(xù)可調(diào)。 本方案采用鼓輪送粉原理。粉輪驅(qū)動電機帶動粉輪運轉(zhuǎn)，粉輪將落粉輸送到出粉腔。 在對現(xiàn)有送粉器的充分點調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)任務(wù)書的要求，結(jié)合難點分析，我們提出了以下設(shè)計方案，它由機械結(jié)構(gòu)、氣路設(shè)計和動力系統(tǒng)三部分組成。機械分散的必要條件是機械力應大于顆粒間的粘著力。為了使流態(tài)化技術(shù)應 用于超細粉末，發(fā)揮流態(tài)的優(yōu)勢，人們進行了許多研究來破除分子間作用力。根據(jù)超細粉末的特點，其結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計成圓柱形，粉輪外徑部分分布著粉槽，粉槽的容積大小可以根據(jù)實際情況而進行調(diào)整，它與粉末的打散效 果和粉末輸送量密切相關(guān)。m 為槽數(shù) 。另外粉末由粉嘴吹向金屬熔池前，為了保證良好的表面質(zhì)量，需要噴出的粉末已經(jīng)混合均勻且呈霧狀。二十世紀初期，用氣力輸送粉末體，受到工程界和研究者的普通重視。 物體氣力輸送有以下幾個優(yōu)點： 工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁，共 49 頁 1. 在設(shè)計上能充分利用空間，輸送方向靈活，效率高； 2. 輸送系統(tǒng)完全封閉，粉末飛揚和溢出少，可以實現(xiàn)環(huán)境衛(wèi)生； 3. 大大減少了發(fā)生機械事故和粉塵燃燒與爆炸的可能性； 4. 易操作和實現(xiàn)自動化； 5. 對于化學性能不穩(wěn)定的物料，可以采用惰性氣體輸送； 6. 在輸送過程中可同時實現(xiàn)多種工藝操作過程，如混合、干燥、粉碎、冷卻和化學反應； 7. 能避免被輸送物料的受潮、污損和混入其它雜物，從而保證了輸送質(zhì)量； 粉末顆粒的料性對氣動運輸?shù)挠绊? 作為輸送對象的粉末材料，就整 體上看是一個連續(xù)體。 (2)粉粒的形狀、大小和分布。 (3)流態(tài)化能力。粉末的含水量大小直接影響到輸送系統(tǒng) 的正常運轉(zhuǎn)。它是表示粉粒靜止和運動的力學特性的物理量。 對于稀相輸送，被輸送粉體的質(zhì)量流量與輸送氣體的質(zhì)量流量之比 (簡稱為固氣比 )比較小 (通常在 kg/kg 范圍內(nèi) )，粉體顆粒間距較大，輸送氣體的壓力較低 (通常 0. 1 MPa)，輸送速度較大 (通常 1315m/s)。粉體氣力輸送的一些基本問題，仍是需要進一步關(guān)注的研究課題。俄國的烏斯賓斯基根據(jù)有限空間對自由沉降末速度的理論，測定了受管壁有限空間影響的粉末群懸浮速度 v 39。 根據(jù)懸浮速度與自由沉降末速度大小相等，方向相反原理，可以認為粉末群的自由沉降速度等于 Vt。這時沉降 (即懸浮 )速度值與顆粒群濃度有關(guān)，濃度大，則沉降速度減小。 影響粉末顆粒群運動的因數(shù) （ 1）粉粒形狀因素。 （ 2）粉粒群的濃度。 （ 3）向使粉末顆粒分布均勻。 在設(shè)計前考 慮到空氣濕度對超細粉末的影響，在氣流進入送粉設(shè)備前對粉末進行干燥處理，為此，需要加入空氣過濾器，濾除空氣中的水、油等。在充分調(diào)研的基礎(chǔ) 上，給出了鼓輪式結(jié)構(gòu)的機械原理圖和控制系統(tǒng)框圖。查 表，取鎳基粉末的比重為 ，則可計算出算出粉輪在轉(zhuǎn)動一圈的過程中粉末的輸送量為 G=nvr =24 28 = 表 不同牌號的粉末比重 系列 牌號 比重 熔點（ ? C） 膨脹系數(shù) 典型硬度（ HRC） 規(guī)格目數(shù) （粒度） 鎳基粉末 Ni25 1040 25 150 Ni35 1050 35 150 Ni45 1085 45 150 Ni55 1092 55 150 Ni60 1027 60 150 Ni62 1057 62 150 粉輪結(jié)構(gòu)如下圖 所示 圖 粉輪結(jié)構(gòu) 工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁，共 49 頁 電動的選擇 本系統(tǒng)初步確定選用兩臺電動機進行驅(qū)動，一臺用于粉斗中粉末的攪拌打散，另一臺則用粉輪的驅(qū)動。由此可算出粉輪去動電動機的轉(zhuǎn)速為： N=3/~170/=~電動機的所需的輸出功率： 根據(jù)公式 P= 95550NT 來控制電動機的功率，其中 N 為粉輪軸的轉(zhuǎn)速， T 為粉輪軸的受力力矩。齒輪齒條正確配合條件是基圓齒距相等，而齒條的基圓齒距是其相鄰輪廓同側(cè)直線的垂直距離，即 Pb =? ； 本設(shè)計取齒輪齒數(shù) z1 =17，齒數(shù)為 17，模數(shù)為 1，壓力角為 20，螺旋角為工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁，共 49 頁 00 ，則齒輪的分度圓直徑 d1=m z1 =17，由此可算出齒輪寬度 b= d? d1= 17=； 齒條長度 L= 17 u， 取 u= 則 L= 取齒輪的變?yōu)橄禂?shù)為 ，則可算出齒輪中心到齒條的中心距 H= 2d1 +x1 m= 217 + 1=； 齒距 Pn ==，齒條的齒數(shù)為 z2 =nPL += ? = 齒輪齒條的傳動特點 ①由于齒條輪廓為直線，所以齒廓上各點具有相同的壓力角，且等于齒廓的傾斜角。 d 2 與 d4 是與軸承接觸的，而選用的軸承為牌號為 6202 的深溝球軸承，故d2 與 d4 為 15mm。本設(shè)計才有凸緣聯(lián)軸器其模型如圖 所示，凸緣聯(lián)軸器是把兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器用普通平鍵分別與兩軸連接，然后用螺栓把兩個半聯(lián) 軸器連成一體，使一個半聯(lián)軸器的凸肩與另一個半聯(lián)軸器上的凹槽相配合而對中。工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁，共 49 頁 4 送粉頭的設(shè)計 激光熔覆加工是一個涉及到粉、氣、水等多方面復雜過程，在加工過程中，這些因素會對加工的質(zhì)量有顯著地影響，因此，在對噴嘴進行設(shè)計的時候也應充分考慮這些因素，并從這些方面綜合考慮。 ，將激光引導到指定的加工點，這主要是靠系統(tǒng)中的反光鏡來實現(xiàn)的?？梢园呀蛊矫婵闯衫硐氲囊稽c。負離焦的時候，由于材料內(nèi)部的功率密度比表面還高。位于其下是正錐形的，很顯然工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁，共 49 頁 粉 末進入下邊區(qū)域更方便。送粉噴嘴的作用則是將送粉器送來的粉流變成不同的形狀并送入激光中以實現(xiàn)需要的加工。在同軸送粉過程中熔覆粉末流方向與激光走向是一致的，因而能夠適應全方位立體的熔覆需求，它與非同軸送粉方式的區(qū)別在于采用了載氣式送粉方式。 這種送粉方式是目前應用較為廣泛的一種送粉方式，它的開發(fā)研制及應用都已經(jīng)進入了成熟的階段，在應用的初期，這種送粉方式大多采用重力式送粉，具有較高的送粉精度，這種送粉方式由于粉末的出口和激光的距離較遠，粉末的 定量性和均勻性的控制性較好不會出現(xiàn)粉末過早熔化堵塞出粉口的顯現(xiàn)。 載氣式同軸送粉易于操作、控制、便于實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，在熔覆過程中，只要能適當?shù)恼{(diào)節(jié)送粉工藝。為提高粉末利用率和熔覆的效率，在設(shè)計上要以實現(xiàn)粉末匯聚點與激光光束的焦點的相對位置的準確定位，且在激光器焦距一定的前提下，粉末匯聚點的位置在軸向方向是可調(diào)的。 同軸送粉氣體是以惰性氣體作為載送氣體的，但 載送氣體并不能為熔池提供足夠的保護，因此必須設(shè)置相應的保護氣輸送通道，在熔覆過程中，噴嘴要承受反射的激光以及熔池所帶來的很高的熱輻射，因此還需考慮冷卻措施。 ⑵送粉孔在保證不堵塞的情況下，尺寸盡可能小，可有效保證粉末的匯聚效果； ⑶各個送粉孔采用氣流攜載同時同步獨立送粉可以保證在大傾角度下，粉末不會出現(xiàn)偏聚現(xiàn)象； ⑷送粉孔可以進行不同熔覆材料的合成。 考慮熔覆時熔池熱輻射對噴嘴頭部的熱影響，同時要考慮到較高的粉末利用率，故設(shè)定噴嘴芯下端距熔池的距離為 15mm。 噴嘴的結(jié)構(gòu)如下圖 所示： 工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 30 頁，共 49 頁 圖 噴嘴座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 噴嘴座的內(nèi)錐孔與噴嘴芯的外錐面構(gòu)成了送粉通道，因此二者的配合必須嚴格要求，考慮到目前采用通用設(shè)備而非專業(yè)設(shè)備進行加工，這必然會造成一定的技工誤差，因此在工差的選著上，噴錐芯的外錐面取 +0/。 送粉口位置的設(shè)計主要考慮一下幾個方 面的因素：一是噴嘴座上設(shè)計了四個入粉口，送粉的均勻性要比單個送粉口高；二是要是粉末噴入的位置位于環(huán)形通道的中線上，且要盡可能沿切向切入，圖 所示，使粉末在載氣的作用下首先在環(huán)形通道內(nèi)充分混合，最后均勻地沿著環(huán)形錐道噴出。何老師嚴謹務(wù)實的治學態(tài)度、忘我的敬業(yè)精神、淵博的專業(yè)知識讓我獲益匪淺，對我今后的工作和學習都有極大的指導意義，在本次設(shè)計過程當中，無論學習還是生活以及設(shè)計的完成過程中，他都給予我無微不至的關(guān)心和幫助，在這里對何老師表示最衷