激光制造粉末输送系统的优化研究

发布时间：2017-12-17 16:06

  本文关键词：激光制造粉末输送系统的优化研究

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【摘要】：粉末输送系统是激光制造系统的关键组成部分,其中送粉器和送粉喷嘴是整个送粉系统的核心和关键环节,分别完成粉末的定量稳定输出和定点准确投送的任务,对激光制造的质量和效率具有重要影响。本文在综合分析了目前送粉系统相关设备的研究概况后,确立以沸腾式送粉器和宽带送粉喷嘴为主要的研究对象,对激光制造送粉系统进行优化和完善。沸腾式送粉器相比其他机械式送粉器具有独特优势,在激光制造领域具有较高的应用和推广价值。针对目前沸腾式送粉器系统稳定性不足的问题,本文在分析沸腾式送粉器结构原理的基础上,从送粉管进粉孔和溢流出口两个关键结构入手,设计了相应的优化实验,获得了更优的进粉孔直径和溢流口开度参数;并在优化的结构参数下采用电流-流量比例阀对沸腾式送粉器进行了控制送粉测试,数据表明:当输入电流值60mA-70mA时,送粉率范围为4.7g/min-24g/min,输入电流与送粉率之间有较好的线性关系;送粉率波动的标准差系数在5%以内,表明该阀在沸腾式送粉器的送粉率控制上具有良好的使用性能。宽带送粉喷嘴是激光宽带熔覆的关键技术之一。针对目前宽带送粉喷嘴粉末输出发散大,粉末利用率低的问题,本文依据气固两相流理论,首先分析了导致粉末发散的主要原因有两个方面:一是在粉末在输运过程中,受到载气的扰动作用;二是粉末从出口输出时,受到载气的湍流扩散作用。结合上述分析,本文设计了两种改进型喷嘴结构:其中一种带双侧整流保护气的喷嘴,其原理是通过添加整流气以减小出口载气的湍流强度;另一种窗形逸气式喷嘴,其原理是通过卸除载气以减小载气对粉末的扰动作用。然后,利用FLUENT软件分别对上述两种喷嘴结构进行了数值仿真,通过对仿真结果的分析,优化设计了一种带下侧整流气的卸载式喷嘴结构,该结构在卸除载气的同时添加下侧整流气对输出的粉束进行整流。最后,对制造的喷嘴实体进行了送粉测试和激光熔覆实验,数据表明:带下侧整流气的卸载式喷嘴结构可以有效提高输出粉末的汇聚性,与普通条件相比,采用带下侧整流保护气的卸载式喷嘴结构,粉末利用率由不足50%提高到76%,达到了预期的设计目标。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG665

【参考文献】

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本文编号：1300700