基于光內(nèi)同軸送粉光粉耦合及高層成形技術(shù)的研究.pdf

1、激光熔覆快速成形LCRM(Laser Cladding Rapid Manufacturing)是激光熔覆技術(shù)與快速成形技術(shù)的結(jié)合，它綜合了激光熔覆與快速成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，成為目前先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。目前此項(xiàng)技術(shù)中成形所采用送粉方式多為多粉管光外側(cè)向同軸送粉。光外側(cè)向送粉成形有一些不足之處，其激光束與粉末耦合性差，成形件表面較粗糙，熱作用效率低，成形高層高精度零件比較困難，金屬粉末利用率只能達(dá)到20％～30％。本文采用一種新的

2、光內(nèi)同軸送粉成形工藝，重點(diǎn)對(duì)光內(nèi)送粉的光、粉耦合及高層堆積技術(shù)進(jìn)行研究。 光外送粉與光內(nèi)送粉的本質(zhì)區(qū)別在于激光光路與金屬粉末的耦合方式以及輸送變化。本文分析了光內(nèi)送粉光束與粉末的耦合與輸變，并與光外送粉方式進(jìn)行了比較。分析表明，光內(nèi)同軸送粉具有光斑能量分布可調(diào)，可達(dá)到光、粉最佳耦合狀態(tài)；粉束細(xì)小利于精密加工；粉束在垂直下落過(guò)程中吸熱效果好，激光能量利用率高，粉末飛濺少，環(huán)境污染小且粉末利用率大大提高；工件表面未熔顆粒少，利于提高

3、表面質(zhì)量等諸多優(yōu)勢(shì)。 在激光熔覆制造過(guò)程中，高功率激光作用下的金屬粉末流中存在能量、動(dòng)量和質(zhì)量輸送物理過(guò)程，它們直接決定激光制造零件的尺寸、精度和性能。本文對(duì)光粉耦合過(guò)程中金屬粉末顆粒的溫升進(jìn)行了計(jì)算建模，得出粉末顆粒的溫升與在光束中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短及粉末顆粒大小有關(guān)，根據(jù)試驗(yàn)時(shí)具體參數(shù)，計(jì)算出了粉末顆粒的溫升。 利用研制的光內(nèi)同軸送粉噴頭，輔以適當(dāng)?shù)膶痈呖刂萍皽囟瓤刂品椒ǎM(jìn)行了高層柱形和錐形薄壁回轉(zhuǎn)件的堆積試驗(yàn)。得到了