本文關鍵詞：激光制造粉末輸送系統(tǒng)的優(yōu)化研究

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【摘要】：粉末輸送系統(tǒng)是激光制造系統(tǒng)的關鍵組成部分,其中送粉器和送粉噴嘴是整個送粉系統(tǒng)的核心和關鍵環(huán)節(jié),分別完成粉末的定量穩(wěn)定輸出和定點準確投送的任務,對激光制造的質(zhì)量和效率具有重要影響。本文在綜合分析了目前送粉系統(tǒng)相關設備的研究概況后,確立以沸騰式送粉器和寬帶送粉噴嘴為主要的研究對象,對激光制造送粉系統(tǒng)進行優(yōu)化和完善。沸騰式送粉器相比其他機械式送粉器具有獨特優(yōu)勢,在激光制造領域具有較高的應用和推廣價值。針對目前沸騰式送粉器系統(tǒng)穩(wěn)定性不足的問題,本文在分析沸騰式送粉器結構原理的基礎上,從送粉管進粉孔和溢流出口兩個關鍵結構入手,設計了相應的優(yōu)化實驗,獲得了更優(yōu)的進粉孔直徑和溢流口開度參數(shù);并在優(yōu)化的結構參數(shù)下采用電流-流量比例閥對沸騰式送粉器進行了控制送粉測試,數(shù)據(jù)表明:當輸入電流值60mA-70mA時,送粉率范圍為4.7g/min-24g/min,輸入電流與送粉率之間有較好的線性關系;送粉率波動的標準差系數(shù)在5%以內(nèi),表明該閥在沸騰式送粉器的送粉率控制上具有良好的使用性能。寬帶送粉噴嘴是激光寬帶熔覆的關鍵技術之一。針對目前寬帶送粉噴嘴粉末輸出發(fā)散大,粉末利用率低的問題,本文依據(jù)氣固兩相流理論,首先分析了導致粉末發(fā)散的主要原因有兩個方面:一是在粉末在輸運過程中,受到載氣的擾動作用;二是粉末從出口輸出時,受到載氣的湍流擴散作用。結合上述分析,本文設計了兩種改進型噴嘴結構:其中一種帶雙側(cè)整流保護氣的噴嘴,其原理是通過添加整流氣以減小出口載氣的湍流強度;另一種窗形逸氣式噴嘴,其原理是通過卸除載氣以減小載氣對粉末的擾動作用。然后,利用FLUENT軟件分別對上述兩種噴嘴結構進行了數(shù)值仿真,通過對仿真結果的分析,優(yōu)化設計了一種帶下側(cè)整流氣的卸載式噴嘴結構,該結構在卸除載氣的同時添加下側(cè)整流氣對輸出的粉束進行整流。最后,對制造的噴嘴實體進行了送粉測試和激光熔覆實驗,數(shù)據(jù)表明:帶下側(cè)整流氣的卸載式噴嘴結構可以有效提高輸出粉末的匯聚性,與普通條件相比,采用帶下側(cè)整流保護氣的卸載式噴嘴結構,粉末利用率由不足50%提高到76%,達到了預期的設計目標。
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG665

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本文編號：1300700