本文關(guān)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(guān)鍵組成部分,其中送粉器和送粉噴嘴是整個(gè)送粉系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵環(huán)節(jié),分別完成粉末的定量穩(wěn)定輸出和定點(diǎn)準(zhǔn)確投送的任務(wù),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(guān)設(shè)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(jìn)行優(yōu)化和完善。沸騰式送粉器相比其他機(jī)械式送粉器具有獨(dú)特優(yōu)勢,在激光制造領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用和推廣價(jià)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(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上,從送粉管進(jìn)粉孔和溢流出口兩個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)入手,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn),獲得了更優(yōu)的進(jìn)粉孔直徑和溢流口開度參數(shù);并在優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)下采用電流-流量比例閥對沸騰式送粉器進(jìn)行了控制送粉測試,數(shù)據(jù)表明:當(dāng)輸入電流值60mA-70mA時(shí),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(guān)系;送粉率波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)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(guān)鍵技術(shù)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(dǎo)致粉末發(fā)散的主要原因有兩個(gè)方面:一是在粉末在輸運(yùn)過程中,受到載氣的擾動(dòng)作用;二是粉末從出口輸出時(shí),受到載氣的湍流擴(kuò)散作用。結(jié)合上述分析,本文設(shè)計(jì)了兩種改進(jìn)型噴嘴結(jié)構(gòu):其中一種帶雙側(cè)整流保護(hù)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(qiáng)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(dòng)作用。然后,利用FLUENT軟件分別對上述兩種噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值仿真,通過對仿真結(jié)果的分析,優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種帶下側(cè)整流氣的卸載式噴嘴結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)在卸除載氣的同時(shí)添加下側(cè)整流氣對輸出的粉束進(jìn)行整流。最后,對制造的噴嘴實(shí)體進(jìn)行了送粉測試和激光熔覆實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)表明:帶下側(cè)整流氣的卸載式噴嘴結(jié)構(gòu)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(hù)氣的卸載式噴嘴結(jié)構(gòu),粉末利用率由不足50%提高到76%,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG665

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本文編號：1300700