高功率激光加工同轴送粉系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

高功率激光加工同轴送粉系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

均匀混合：即使将团聚暂时分开，分子间的作用力又会使颗粒再次团聚，很容易堵塞喷嘴，严重影响送粉的连续性。 含有团聚体的颗粒烧结时，由于团聚颗粒之间距离较小和质点迁移距离 较小，故其内部的微粒之间优先烧结；而团聚体之外的颗粒因距离较大，传质距离较远，存在气孔，则不优先烧结成大颗粒。 在团聚体周围的颗粒同时正常的烧结它与团聚体晶粒形成大小不一的飞均匀的显性组织，并结果在烧结体中产生各种裂纹气孔。 烧结不均匀将会使机体产生应力，并影响机体致密化。 显然，团聚对超细粉末的传送和加工都产生非常不利的影响，必须预先从粉末中打散团聚体，这也是本次设计急需解决的问题。 送粉器的方案设计 基于大量的调研结果，针对激光再制造技术的应用特点以及超细粉末的输送难题，初步设计出一种利用于超细粉末 输送的载气式鼓轮送粉器。 基于超细粉末的特殊特性，采用特殊的方法来达到超细粉末输送的目的： (1)在粉斗中增加特殊结构的搅拌器避免粉末吸附于粉斗壁上，并在粉斗内充满平衡气体，防止粉末回流。 (2)采用特殊结构的粉轮和粉轮腔，对分粉末进行打散和精确计算输送，粉轮运转速度连续可调。 (3)用气流输送解决超细粉末流动性差的问题，使粉末从落粉腔输出时均匀、稳定，不出现再次团聚现象。 (4)通过在储粉斗中安装搅拌轴，防止粉末发生团聚和形成空洞的现象。 工程学院毕业设计（论文） 第 14 页，共 49 页 (5)采用在粉轮上开槽的方法和齿轮齿条的形式对粉末的均匀性、定量性 和稳定性进行控制调节。 本方案采用鼓轮送粉原理。 设计方案主要包括落粉、粉轮传送、气流输送三部分。 图 所示为送粉腔原理图。 其运动过程如下，搅拌组建在直流电机的驱动下转动时，粉斗中粉末在搅拌器的作用下进入落粉腔。 粉轮驱动电机带动粉轮运转，粉轮将落粉输送到出粉腔。 图 送粉器的结构 通过电动机转动带动搅拌轴转动使储粉斗中的粉末避免发生团聚现象，辅之一气体粉流系统，此系统能使送粉器传输粉末颗粒度较小的粉末。 粉腔内冲满气体，并保持稳 定的压力，在出粉腔的下端有出粉口。 在气体动能的作用下粉末未被均匀稳定输送出来，辅之以气体分散和运输，粉末容易分散均匀及输送流畅。 在对现有送粉器的充分点调研的基础上，根据任务书的要求，结合难点分析，我们提出了以下设计方案，它由机械结构、气路设计和动力系统三部分组成。 工程学院毕业设计（论文） 第 15 页，共 49 页 搅拌和传输系统 由于粉末在传输过程当中容易发生团聚团和空洞现象，因而团聚体的打散与否对送粉器的送粉效果有着重要的影响，解决这个问题的方法有多种，例如可以利用静电力来进行颗粒分散。 其关键问题是使颗粒群充满电荷，最有效的方法是电，使连续 供给的颗粒群通过电晕放电形成离子电帘，使颗粒荷电，但该方法成本较高，不适合小型化的生产应用。 另外一种重要的，较容易实现的方法是机械分散，即用机械力把颗粒团聚打散。 机械分散的必要条件是机械力应大于颗粒间的粘着力。 通常机械力是由高速旋转的叶轮圆盘或高速气流喷力冲击作用所引起的气流运动而造成的，但前者磨损较大，设备笨重；后者要消耗大量气体，我们设计的装置，将两者相结合。 设计出一种全新的送粉器。 (1)粉末容器中架桥的消除和粉末的初步打散 超细粉末间的自然粘着力，使细颗粒团聚，难于被有效的流化。 为了使流态化技术应 用于超细粉末，发挥流态的优势，人们进行了许多研究来破除分子间作用力。 但过去使用的各种降低颗粒间力的方法或效果有限，限制了超细粉末流态化技术的应用。 针对超细粉末材料在容器中的团聚、架桥、堆积密度低的特点，我们考虑在送粉器粉斗增加破拱搅拌组建系统，通过搅拌架规则转动，搅拌粉末的均匀流动，避免粉末粘结、吸附在粉斗壁上和在粉斗内形成架桥。 (2)粉末输送出来前的分散 该部分通过粉轮来实现。 根据超细粉末的特点，其结构尺寸设计成圆柱形，粉轮外径部分分布着粉槽，粉槽的容积大小可以根据实际情况而进行调整，它与粉末的打散效 果和粉末输送量密切相关。 粉末由料斗经漏粉孔靠自重和压缩气体的作用下流体进鼓轮圆周上的小槽内，随着鼓轮的转动小槽内的一次流入出粉腔。 由于粉槽容积式相当小的，这就起到了粉末打散输送的作用；同时通过调节鼓轮的转速、漏粉孔直径和漏粉孔与鼓轮间的间隙，就能达到精确的送粉目的。 用粉轮的转速计算送粉量为： 工程学院毕业设计（论文） 第 16 页，共 49 页 g=nmv 式中： n 为粉轮转速。 m 为槽数。 v 为槽容积；  为粉末的堆比重 粉末自粉轮落至落粉腔之后，依靠自身的重力场和气流 的作用使粉末传输至分粉器，在通过分粉器传输至同轴送粉头。 气路设计 此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。 如需要完整说明书和 设计 图纸等 .请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载。 该论文已经通过答辩 尽管互相粘结的颗粒可以采用机械的方式进行打散，然而机械分散后颗粒的大小毕竟有限，粉末仍会以小块团的方式存在，所以粉末间的作用仍然会存在，粉末仍然粘结团聚。 另外粉末由粉嘴吹向金属熔池前，为了保证良好的表面质量，需要喷出的粉末已经混合均匀且呈雾状。 以上两个难题都需要在粉末输送过程 中给予解决，根据我们的输送要求，这就要用到气力输送的相关原理。 气力输送基本概况 气力输送常称固气两相流，是一种用空气做载体，提供动力，在管中输送粉末颗粒的办法，工程中称之为气动传输。 早在十九世纪，人们就尝试用风扇驱动，通过管道来输送木屑和谷物。 二十世纪初期，用气力输送粉末体，受到工程界和研究者的普通重视。 FISCHERSTADT 于 1924 年首次提出了描述气固两相混合物在管道中流动的压降理论。 二十世纪中后期，粉体的气力输送技术得到了迅速的开发和利用。 目前，对粉体物料进行气力输送，已成为涉及采矿、 冶金、制药、食品等众多领域的普遍方法。 物体气力输送有以下几个优点： 工程学院毕业设计（论文） 第 17 页，共 49 页 1. 在设计上能充分利用空间，输送方向灵活，效率高； 2. 输送系统完全封闭，粉末飞扬和溢出少，可以实现环境卫生； 3. 大大减少了发生机械事故和粉尘燃烧与爆炸的可能性； 4. 易操作和实现自动化； 5. 对于化学性能不稳定的物料，可以采用惰性气体输送； 6. 在输送过程中可同时实现多种工艺操作过程，如混合、干燥、粉碎、冷却和化学反应； 7. 能避免被输送物料的受潮、污损和混入其它杂物，从而保证了输送质量； 粉末颗粒的料性对气动运输的影响 作为输送对象的粉末材料，就整 体上看是一个连续体。 粉末群所呈现的料性是由每个粉末颗粒具有的物理化学性能积累的结果，因此有必要考察一下粉末的一些重要料性，这对我们进行粉末输送有很大帮助。 (1)粉末密度。 粉末的密度是确定气动工艺参数的重要依据，密度越大用于输送的能耗就越大，对利用空气动压来实现传输，要提高输送气流的速度或减少粉末的供给量，对用利用空气静压来实现输送的，要提高输送压力，当然，密度增大，粉末容易与空气分离。 (2)粉粒的形状、大小和分布。 粉粒的形状对它的悬浮速度或沉降速度有较大的影响；同一粉末颗粒以求状的悬浮速度最大；多角形的 摩擦阻力较大；表面凸起多的颗粒管壁碰撞时容易破碎和磨损管壁，此外还以吸湿，粉粒越细，越易结成块；粉末中含有较多的细粉时，易粘结。 通常，粉粒较大且粒度分布均匀的的粉末易于流动，易被输送。 粒度分布不均匀的粉末，不仅输送压力损失较大，且易堵塞。 (3)流态化能力。 将空气一定速度载入粉粒层，粉粒因受气流包围而彼此在气流中运动。 于是料层出现均匀膨胀，呈现出类似于流体可以流动的性质称为流态化。 粉末的流态化同它保留的充气能力有关，且粉末在充气流态化状态下对气动输送影响很大 (4)含水量。 粉末的含水量大小直接影响到输送系统 的正常运转。 粉末含水工程学院毕业设计（论文） 第 18 页，共 49 页 量增加，除了易产生管腔粘附和堵塞，影响运输能力，还易导致粉末流均匀性得不到保证。 因此，一般粉末在是使用前都要进行干燥处理。 (5)摩擦角。 它是表示粉粒静止和运动的力学特性的物理量。 与气动输送最用关的是颗粒与管腔之间的壁面摩擦角和颗粒之间的内摩擦角。 常见的气力传输方式 物料在管道中的流动状态实际上很复杂，主要随气流速度及气流中所含的物料量和物料本身料性的不同而显著变化。 常见的两种粉体气力输送方式为 :稀相输送和密相输送。 对于稀相输送，被输送粉体的质量流量与输送气体的质量流量之比 (简称为固气比 )比较小 (通常在 kg/kg 范围内 )，粉体颗粒间距较大，输送气体的压力较低 (通常 0. 1 MPa)，输送速度较大 (通常 1315m/s)。 稀相输送一般适用于被输送粉体的质量和粒度较小、干燥和输送距离不大的场合。 密相输送的固气比通常在 15200kg 范围内，输送气体的压力较高 (例如可达 0. )，输送速度较低 (一般为稀相输选速度的一半左右 )，适用于输送量较大，输送距离较长的场合。 尽管粉体的气力输送在工业上已得到了广泛的应用，但对输送系统的设计迄今仍以经验为主。 粉体气力输送的一些基本问题，仍是需要进一步关注的研究课题。 本章针对稀相粉体输送中的一些问题，诸如被输送粉体颗粒的运动速度及输送气体流速、输送总压降、输送临界速度、局部压力损失等的计算作一介绍。 粉末颗粒群的沉降速度 在气力输送中，在管道中的物料不是单个粉粒，而是粉粒群。 粉粒群在粉管截面上占据了一定的面积，使流通面积减小，粉粒周围流体速度增大，其所受到的附加阻力增大，粉粒群沉降速度减小。 俄国的乌斯宾斯基根据有限空间对自由沉降末速度的理论，测定了受管壁有限空间影响的粉末群悬浮速度 v 39。   2stt Dd1vv ， ds 一粉粒群所占截面直径。 工程学院毕业设计（论文） 第 19 页，共 49 页 D 一粉管截面直径。 根据悬浮速度与自由沉降末速度大小相等，方向相反原理，可以认为粉末群的自由沉降速度等于 Vt。 单个粉粒的沉降速度是其在无限空间中的沉降运动。 可以认为粉粒所在瞬时截平面的流体的平均速度一定，因而这个平均速度认为是粉末颗粒的沉降速度。 粉末颗粒群的沉降不仅受到流体阻力，还要受到其他颗粒的干扰阻力。 这时沉降 (即悬浮 )速度值与颗粒群浓度有关，浓度大，则沉降速度减小。 浓度相同时，颗粒越细，颗粒数目越多，一方面颗粒体表面积就越大、 阻力增大。 另一方面颗粒间摩擦、碰撞机会就越多，阻力增大、使沉降速度更为减小。 所以颗粒群的干扰沉降速度，即颗粒群的悬浮速度比单颗粒的自由沉降速度小。 影响粉末颗粒群运动的因数 （ 1）粉粒形状因素。 本系统中，以抛物射出的粉末颗粒主要在管腔中垂直下落，但由于碰撞和弹射，颗粒的运动形式还存在悬浮运动。 粉末颗粒的不规则形状会对悬浮速度有较大影响，当然也影响粉末的沉降。 在同类末颗粒中，以球形颗粒 (表面积最小 )沉降速度最大。 （ 2）粉粒群的浓度。 输送过程中，管腔中的粉末颗粒不是单个颗粒，而是粉末群，此时粉末群 的沉降不仅受到流体阻力，还受到其他颗粒的干扰阻力。 这时，沉降与悬浮速度与粉粒群浓度有关。 浓度大，沉降速度减小，浓度相同时，粉末颗粒愈细，颗粒数目愈多，同一方向粉末颗粒体表面积就越大，因此遇到的阻力就越大，必然影响沉降与悬浮运动。 （ 3）向使粉末颗粒分布均匀。 然而碰撞的过程中产生了摩擦。 碰撞粉木颗粒的碰撞与摩擦。 碰撞和摩擦不可避免，由于希望达到粉末充分，分散的目的，在气力输送粉末沉降过程中，碰撞及其弹射是有益的，需要的，这样可以在截面方的机会越多，摩擦的机会越多，有害阻力越大，使沉降速度更减小。 在设计前考 虑到空气湿度对超细粉末的影响，在气流进入送粉设备前对粉末进行干燥处理，为此，需要加入空气过滤器，滤除空气中的水、油等。 另外，为调节送气量的大小，需要加入一流量计，同时也便于控制不同送粉量的气流量。 工程学院毕业设计（论文） 第 20 页，共 49 页 本章小结 本章介绍了激光熔覆的基本理论和气动传输理论以及对传输过程中所要面临的关键问题进行了分析，团聚和流动性差是超细粉末在输送过程中的主要问题，分析了团聚形成的原因。 给出看初步设计方案，送粉器首先要想办法将团聚体打散并进行输送，这里针对激光再制造较易实现的粉轮进行转运并借助气力进行分散。 在充分调研的基础 上，给出了鼓轮式结构的机械原理图和控制系统框图。 并分析了鼓轮式结构的运行原理。 工程学院毕业设计（论文） 第 21 页，共 49 页 3 送粉器的结构设计 粉轮的结构设计与计算 根据任务书的要求，送粉器的送粉量为 3170g/min 连续可调，送粉器的宽度为连续可调为 315mm。 送粉器的结构如下图所示，粉轮圆周上分布着 24 个小槽，每个小槽的体积 V=长高宽 = 7 1 8=28mm3。 查 表，取镍基粉末的比重为 ，则可计算出算出粉轮在转动一圈的过程中粉末的输送量为 G=nvr =24 28 = 表 不同牌号的粉末比重 系列 牌号 比重 熔点（  C） 膨胀系数 典型硬度（ HRC） 规格目数 （粒度） 镍基粉末 Ni25 1040 25 150 Ni35 1050 35 1。