CN110777377A - 激光熔覆送粉器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光熔覆送粉器，包括：粉桶，为立式的桶体，该桶体居中偏上或顶部设有进粉口，且居中偏下设有进气口，下端则设有出料口；搅拌总成，该搅拌总成包括与粉桶同轴线设置的搅拌轴和安装在搅拌轴上的叶片，以及驱动搅拌轴并安装在粉桶上的电机总成；出粉管总成，装配在粉桶下侧，并与出料口连通；以及喷涂压缩气体配管，向所述出粉管总成供气以提供喷涂工作气体，且该喷涂压缩气体配管设有一连通至所述进气口的旁路。依据本发明的激光熔覆送粉器粉料不容易产生集聚或拥堵。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光熔覆送粉器。
背景技术
激光熔覆工艺是指通过在基材表面增添熔覆材料，并利用激光束使熔覆材料与基体表面材料熔化的表面处理工艺。当前，激光熔覆工艺已经成为制备涂层的重要技术之一。
目前激光熔覆工艺主要存在的问题在于细小粉末的流动性差，在送粉时容易堵塞输粉管，同时在粉料输送的过程中，送粉速率不均匀。此外，粉料的含水率与连续性都会直接影响熔覆层的质量。
中国专利文献CN208532933U公开了一种激光熔覆送粉器，为了确保送粉的均匀性，其在储粉灌上设有进气口，以期通过正压送粉的方式使送粉速度稳定可靠，然而，储粉灌内粉料较多时，通过进气口导入的压缩气体不足以影响底层的粉料的出料稳定性，而仅仅是提供了相对较高的出料压力。经发明人长期的研究发现，影响送粉器送粉均匀性的主要影响因素是粉料间表现出成团簇的状态，而含水率则是影响团簇产生的主要因素之一。当粉料出现团簇而产股集聚时，送粉压力越大，往往堵塞越严重。
粉料由于比表面积比较大，涵养水的能力远高于成块固体。比表面积是指单位物料所具有的总面积，粉料的粒度越细，比表面积就越大，而激光熔覆粉末的粒度非常细，一般粒径都小于等于45微米，相对而言，激光熔覆粉末的比表面积非常大，非常容易受潮。受潮后的粉末容易在送分过程中集聚，不仅影响送粉均匀性，还可能会产生堵塞送粉管道。
中国专利文献CN208560678U公开了一种在送粉器本体内设有加热电阻的送粉器，其试图通过加热粉料，使粉料变得干燥，以解决粉料堵塞及送料不均匀的问题。加热粉料是一个比较好的解决粉料拥堵的技术方向，不过由于粉料不是流体，不会像流体那样产生热对流，尽管例如金属粉末的自身导热性比较好，但加热的均匀性仍然相对较差。除此之外，后期的干燥并不能使之前产生的团簇分散，加热只能解决在送粉过程中产生的新的团簇问题。
在一些实现中，通过扩口化送粉管道出口以解决集聚的问题，但扩口化会导致送粉压力损失较大，相同送粉速度条件下，扩口送粉压力明显不足。
在中国专利文献CN109468582A中所公开送粉器通过在送粉器的支架上安装振动器的方式以降低粉料拥堵现象的产生，但振动不可避免的会增加送粉器的振动，影响喷涂的精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉料不容易产生集聚或拥堵的激光熔覆送粉器。
在本发明的实施例中，提供一种激光熔覆送粉器，包括：
粉桶，为立式的桶体，该桶体居中偏上或顶部设有进粉口，且居中偏下设有进气口，下端则设有出料口；
搅拌总成，该搅拌总成包括与粉桶同轴线设置的搅拌轴和安装在搅拌轴上的叶片，以及驱动搅拌轴并安装在粉桶上的电机总成；
出粉管总成，装配在粉桶下侧，并与出料口连通；以及
喷涂压缩气体配管，向所述出粉管总成供气以提供喷涂工作气体，且该喷涂压缩气体配管设有一连通至所述进气口的旁路。
可选地，所述叶片为平直叶片。
可选地，搅拌轴延伸至出料口，搅拌轴的下端设有一叶片。
可选地，所述粉桶包括圆筒形的柱形部和承接于柱形部下端的锥形部；
锥形部的锥度大于等于1:1，小于等于2:1。
可选地，粉桶的上端通过法兰连接结构连接有一法兰盘，该法兰盘中部形成有轴承座，以用于支承所述搅拌轴。
可选地，法兰盘的周缘向上行成有圆筒部，圆筒部的高度高于轴承座的高度；
提供一顶盖，该顶盖与圆筒部上端封接，并开有中心孔；
所述电机总成的输出轴经由中心孔通过联轴器与所述搅拌轴联接。
可选地，粉桶支撑在一支座上，所述出粉管安装在所述支座上。
可选地，出料口与所述出粉管直连；或
于支座上竖直的开有两通孔，两通孔中的第一通孔承接所述出料口，第二通孔上端承接喷涂压缩气体配管，下端连接出粉管总成；
两通孔间设有横向转运装置；
相应地，第一通孔的下端通过可拆的落粉塞封接。
可选地，所述横向转运装置为一鼓轮，该滚轮包括柱形的轮体，轮体周向分布有粉槽；
相应地，提供一驱动滚轮旋转的驱动总成。
可选地，支座在设有第二通孔的一侧开有连通至第二通孔的侧孔；
侧孔处设有视窗。
在本发明的实施例中，采用双重搅拌机制，首先是机械搅拌，即通过配有叶片的搅拌总成对粉桶内的粉料进行机械搅拌，以打散团簇的粉料。再者是气动搅拌，通过分流的工作气体，将刚进入的粉料和位于上层的粉料吹散并干燥，干燥后的粉料进一步被机械搅拌时，团簇的粉料更容易被打散。由于初始进入的粉料被充分干燥，并在搅拌过程中给料，不容易产生团簇，从而不容易产生粉料对出粉管的堵塞。
附图说明
图1为一实施例中激光熔覆送粉器主剖结构示意图。
图2为一实施例中鼓轮结构示意图。
图中：1.螺钉，2.落粉塞，3.下盖板，4.落粉塞，5.落粉腔，6.鼓轮，7.支座，8.粉斗，9.锥形部，10.叶片，11.搅拌轴，12.柱形部，13.进粉口，14.螺栓，15.法兰连接部，16.密封圈，17.轴承组，18.电机，19.顶盖，20.进气口，21.分流器，22.进气管，23.法兰连接部，24.气管接头，25.落粉管，26.侧孔，27.视镜，28.压盖，29.管接头，30.出粉管，31.轮体，32.轮毂，33.粉槽。
具体实施方式
可以理解的是，激光熔覆工艺中首先要将粉料采用冷喷涂的方式制备出涂层，冷喷涂的工作气体的温度通常大于等于300℃，远高于水的气化温度。在本发明的实施例中，利用工作气体的温度和压力，使一定深度的粉料产生翻动，一方面用于粉料的干燥，另一方面的粉料团簇进行粉碎。而大于等于300℃的工作温度，能够使粉料中的气体迅速气化。
进一步地，参见说明书附图1，图中含有一个由锥形部9和柱形部12所形成的粉桶，粉桶整体上是回转体结构。图中提供机械搅拌的结构包括一个立式的搅拌轴11和驱动搅拌轴11旋转的电机18，搅拌轴11上设有若干叶片10。图中还含有一个支座7，出粉管30通过支座7上的孔道与粉桶连通。进而工作气体通过进气管22接入，工作气体22通过分流器21，一部分进入到粉桶，另一部分进入到出粉管30。
首先关于粉桶，公知的，粉桶需要配送粉口13，并且粉桶通常都是立式结构，粉桶的主要作用是为了保证物料输送的连续性，类似于物料缓冲装置。对于进粉口13而言，其并不必然实时给料。
对于进粉口13而言，其在一些小型的粉桶中可以实时给料，在一些较大的粉桶中，则可以间歇给料。
进粉口13一般偏置在粉桶的上端，也可以设置在粉桶上部一侧，图1中进粉口13的位置即位于粉桶上部的一侧。
进粉口13可以通过给料机构给料，图中进粉口13具有管接头结构，适于通过管道给料。
对于粉桶而言，其多是回转体结构，壁面为弧面，不容易集聚物料。
在图1所示的结构中，粉桶居中偏下设有进气口20。由于物料通常不会积满整个粉桶内部，一般只会保持在约60~80%的高度处。对于进气口20的具***置，以粉桶内部高度为参量，进气口20大致位于自下至上的五分之二高度处。
由于工作气体气压较大，进气口20并不采用易于形成喷射气流的锥形嘴，而可以选用扩口嘴，工作气体进入粉桶后迅速分散，并且受粉料层深的阻隔，气压迅速减小。
由于工作气体温度较高，可以对物料进行干燥，并且气压释放所产生的冲击，可以使对粉料产生气动搅拌，从而使粉料保持颗粒状的状态。
对于进气口20而言，其位置不易过于偏下，否则会对出料速度产生较大影响，翻动物料的作用也会降低。
相应地，在粉桶的上端可以开出气口，以释放过量的气体。在工作气体介入到粉桶内的情况下，出气口的存在也是必然的。
粉桶的下端开有出料口，出料口则用于与出粉管总成中的出粉管30进行连通。
关于粉料的搅拌，基于前述的内容可知，包含两个部分，其一是气动搅拌，另一是机械搅拌，机械搅拌通过搅拌总成进行搅拌。关于搅拌总成，图中，搅拌总成的搅拌轴11与粉桶共轴线，搅拌轴11上分布有4组叶片，叶片为直叶片，主要用来打散物料，搅拌作用其次。
搅拌轴11的动力端在上端，其上端通过轴承组17安装在位于粉桶上端的一个盖状结构上，进而电机18通过联轴器与搅拌轴11联接。
电机18可配减速器，搅拌轴11采用低速转动的方式实现低速搅拌，速度控制在260r/min~336r/min，以295r/min为最佳。
图1中，叶片结构相对毕竟简单，属于平直叶片，其本质上所实现的是颗粒物的搅动，并不是为了产生涡流以混合。
叶片优选为圆柱型结构。
图1中，出粉管30与出料口之间并非是直连结构，在一些实施例中可以采用直连结构。图1中，出粉管30通过一个带有螺钉孔的管接头29安装在支座7上，管接头29通过螺钉的装配结构，利于根据不同的粉料更换为相适配的出粉管30。
无论哪种连接结构，出粉管30最终都需要与所述出料口连通，直连也需要接旁路以引入工作气体。
进一步地，工作气体通过喷涂压缩气体配管接入，喷涂压缩气体配管则用于连接压缩气源。压缩气体即工作气体，一般采用例如氩气。如前所述激光熔覆首先通过冷喷涂的方式在工件表面制备出涂层，冷喷涂是相对于热喷涂而言的喷涂方式，相对于水的沸点，工作气体的温度仍然相对较高，如前所述的300℃，远高于水的沸点，因此能够让水快速挥发。
进一步地，喷涂压缩气体配管通过如图1中所示的气管接头24，以及落粉管25与出粉管30连通，落粉管25旁侧接出料口。
进气管22通过一个三通分流，三通如图1中所示的分流器21，其可以构造成三通阀结构，根据不同的粉料及其含水量，可以调节两个出气管路的流量。
分流器21向上的旁路连接于所述进气口20，通过进气口20介入到粉桶，以对上层的粉料进行气动搅拌和干燥。
分流器21向下的旁路连接于图1中所示的落粉管25，提供冷喷涂的工作气体。
图1中，支座7的上表面左侧具有一个凹槽，粉桶的下端则具有一个恰好嵌入到凹槽内的凸部，凸部根部具有一个凸缘，凸缘开有螺钉孔而形成法兰，相应地，在凹槽周边也开有螺钉孔，借此结构可以对粉桶下端进行可靠的定位。
相对而言，由于在粉桶的上端设有电机18，粉桶以及电机作为一个总成，重心比较高，稳定性比较差，而采用凹槽配合凸部的结构可以使粉桶可靠的固定在支座7上。
进一步，通过法兰连接将粉桶固定在支座7上。
相对而言，粉桶下部逐渐收口形成如图1中所示的锥形部9，利于收料至出料口。
适应于收料口的口径，搅拌轴11延伸至出料口，搅拌轴11的直径小于收料口的口径，或者搅拌轴11采用变径结构，下端相对较细。进而，搅拌轴11的下端设有一叶片，以避免物料在此处堵塞。
在优选的实施例中，设置在出料口处的叶片可以采用螺旋叶片，螺旋叶片采用两片或者三片，两片叶片或三片叶片的总螺旋角之和不大于360度，且不小于180度，在此处往下推送粉料。
关于锥形部9的收料作用，其体现在两个方面，锥形部9的锥度不宜过大，避免粉桶过高，也不宜过小，避免物料无法基于重力下行，因此，在优选的实施例中锥形部的锥度大于等于1:1，小于等于2:1。
进一步关于支座7，图1中支座7大致呈一个块体结构，其在图中具有两个并行的竖直孔，其一是落粉腔5，另一是落粉管25，两者左右布置，利于粉桶与工作气体管路的左右配置。
落粉腔5的下端设有落粉塞2，以便于落粉腔5的快速检修，即不必从上端打开，而从装配物件较少的下端打开。
图1中，落粉腔5与落粉管25之间采用鼓轮6进行物料转运，如图2所示，鼓轮6具有一个圆柱形的轮体31，在轮体31的侧面均匀的分布有容积相等的粉槽33，基于粉料的类流体性质，在落粉腔5侧，粉槽33内被充满粉料，而在落粉管25侧，粉槽33内的粉料被压缩气体带走。
在落粉管25所在侧，横向的物料转运结构配合落粉管25形成一个真空发生器结构，利于粉槽33内的粉料被压缩气体带走。
粉槽33的数量越多，单体容积越小，也利于粉料的计量。在优选的实施例中，鼓轮6上的粉槽33的数量在18个左右，优选为18个。
关于物料的横向转运，还可以采用螺旋输送机构，螺旋输送机构的轴向即水平地垂直于落粉腔5和落粉管25轴线的方向，并经由落粉腔5到落粉管25，螺旋输送的精度相对也较高。
对于鼓轮6，于其下侧开有一个检修孔，检修孔的下端设有一个落粉塞4，以方便鼓轮6堵塞状态下的检修。
在图1中，支座7的下端通过螺钉1装配有一个下盖板3，下盖板以方便下面零碎部件的整合，并确保管接头29的装配可靠性。
此外，在支座7的右侧还开有一个视窗，使落粉管25被部分的剖开，然后再视窗上加装视镜27，通过压盖28将视镜27可靠的压在支座7的外壁面上。
压盖28与支座7间采用螺钉进行连接。
压盖28与支座7件可配密封圈，以提高压盖28与支座7件装配的气密性。
视窗采用竖向相对较长的视窗，主要用来检视落粉管25内的落粉状况。当物料在落粉管25处产生堵塞时，还可以通过打开视窗进行检修。
粉桶的上端通过法兰连接结构连接有一法兰盘，该法兰盘中部形成有轴承座，轴承座内安装有如图1中所示的轴承组17，以用于支承所述搅拌轴11。
进而，法兰盘的周缘向上行成有圆筒部，圆筒部的高度高于轴承座的高度；
提供一顶盖19，该顶盖19与圆筒部上端封接，并开有中心孔；
所述电机总成的输出轴经由中心孔通过联轴器与所述搅拌轴11联接，借此结构，形成对轴承座的有效保护。
Claims (10)
1.一种激光熔覆送粉器，其特征在于，包括：
粉桶，为立式的桶体，该桶体居中偏上或顶部设有进粉口，且居中偏下设有进气口，下端则设有出料口；
搅拌总成，该搅拌总成包括与粉桶同轴线设置的搅拌轴和安装在搅拌轴上的叶片，以及驱动搅拌轴并安装在粉桶上的电机总成；
出粉管总成，装配在粉桶下侧，并与出料口连通；以及
喷涂压缩气体配管，向所述出粉管总成供气以提供喷涂工作气体，且该喷涂压缩气体配管设有一连通至所述进气口的旁路。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆送粉器，其特征在于，所述叶片为平直叶片。
3.根据权利要求2所述的激光熔覆送粉器，其特征在于，搅拌轴延伸至出料口，搅拌轴的下端设有一叶片。
4.根据权利要求1所述的激光熔覆送粉器，其特征在于，所述粉桶包括圆筒形的柱形部和承接于柱形部下端的锥形部；
锥形部的锥度大于等于1:1，小于等于2:1。
5.根据权利要求1所述的激光熔覆送粉器，其特征在于，粉桶的上端通过法兰连接结构连接有一法兰盘，该法兰盘中部形成有轴承座，以用于支承所述搅拌轴。
6.根据权利要求5所述的激光熔覆送粉器，其特征在于，法兰盘的周缘向上行成有圆筒部，圆筒部的高度高于轴承座的高度；
提供一顶盖，该顶盖与圆筒部上端封接，并开有中心孔；
所述电机总成的输出轴经由中心孔通过联轴器与所述搅拌轴联接。
7.根据权利要求1所述的激光熔覆送粉器，其特征在于，粉桶支撑在一支座上，所述出粉管安装在所述支座上。
8.根据权利要求7所述的激光熔覆送粉器，其特征在于，出料口与所述出粉管直连；或
于支座上竖直的开有两通孔，两通孔中的第一通孔承接所述出料口，第二通孔上端承接喷涂压缩气体配管，下端连接出粉管总成；
两通孔间设有横向转运装置；
相应地，第一通孔的下端通过可拆的落粉塞封接。
9.根据权利要求8所述的激光熔覆送粉器，其特征在于，所述横向转运装置为一鼓轮，该滚轮包括柱形的轮体，轮体周向分布有粉槽；
相应地，提供一驱动滚轮旋转的驱动总成。
10.根据权利要求8所述的激光熔覆送粉器，其特征在于，支座在设有第二通孔的一侧开有连通至第二通孔的侧孔；
侧孔处设有视窗。
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