一種用于激光熔覆的激光光內(nèi)送絲裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光加工裝置，具體涉及一種用于激光熔覆的加工裝置，尤其是裝置中的送絲結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光熔覆技術(shù)是一種先進(jìn)激光加工成形制造技術(shù)，其中最關(guān)鍵的技術(shù)之一就是將激光和熔覆材料同步傳輸至加工的位置，并使金屬材料連續(xù)、準(zhǔn)確、均勻地投入到加工面上按預(yù)定的軌跡作掃描運(yùn)動(dòng)的聚焦光斑內(nèi)，實(shí)現(xiàn)光料精確耦合。材料在光束內(nèi)進(jìn)行光能和熱能的轉(zhuǎn)換，瞬間熔化并形成熔池，完成材料的快速熔化凝固的冶金過程。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，較為先進(jìn)的送絲工藝是光內(nèi)同軸單送絲技術(shù)。例如，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CNlO 138611IA公開了一種激光光內(nèi)送絲裝置，由激光器發(fā)射的激光束從入光口進(jìn)入筒體，入射到筒體中心圓錐鏡的鏡面上，圓錐鏡面將光束切割并反射，變換成環(huán)形光束，再由環(huán)形反射聚焦鏡將入射的環(huán)形光束再進(jìn)行反射并聚焦，形成一環(huán)錐形光束。此環(huán)錐形光束中部形成了一錐形中空無光區(qū)。單根送絲管即可由筒體上部或中部側(cè)面進(jìn)入此無光區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)從激光束內(nèi)部送絲，即所謂“光內(nèi)送絲”。具體結(jié)構(gòu)參見附圖1所示，由激光器發(fā)射的激光束2(光源)從入光口 27進(jìn)入，入射到中心圓錐鏡46的鏡面上，被其切割并反射成環(huán)形光束39，環(huán)形光束39射到環(huán)形反射聚焦鏡47上再次反射并聚焦形成一環(huán)錐形光束40。此環(huán)錐形光束40中間形成一個(gè)中空無光區(qū)41。單根送絲管42從筒體外部插入，穿過圓錐鏡46與環(huán)形反射聚焦鏡47之間的空隙，到達(dá)圓錐鏡46背面后轉(zhuǎn)為與環(huán)錐形光束40同軸線，使得送絲管42端部的噴絲嘴43置于所述環(huán)錐形光束40的錐形中空無光區(qū)41內(nèi)，并與環(huán)錐形光束40同軸線。噴絲嘴43出口位置靠近環(huán)錐形光束40的焦點(diǎn)44。絲材5從送絲管42中送入，通過送絲管42下端的噴絲嘴43輸出，在接近焦點(diǎn)44處被所述環(huán)錐形光束40下部包圍照射，然后在光照與基材45表面的熔池?zé)醾鲗?dǎo)、熱輻射等的共同作用下被加熱并連續(xù)熔化而垂直進(jìn)入熔池，待熔覆的基材表面調(diào)整到所述焦點(diǎn)44附近，熔入熔池的絲材與部分熔化的基材表層材料共同形成熔池，熔池中的熔體隨光束與基材的相對(duì)移動(dòng)而連續(xù)凝固形成熔道。
[0004]上述技術(shù)方案存在如下缺陷:
1、采用環(huán)錐形光束實(shí)現(xiàn)光內(nèi)送絲，環(huán)錐形光束在投射到工件表面的過程中，需要通過支架上的三條支撐筋板，會(huì)導(dǎo)致激光功率損耗比較大，影響激光有效輸出功率，也會(huì)影響整個(gè)噴頭的壽命。
[0005]2、受到激光功率的限制，絲材的線徑一般在0.8mm左右，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)熔覆層面積小，從而致使熔覆效率較低。
[0006]3、為了防止絲材被堵在噴頭中，絲材和噴嘴孔需要間隙配合，因此絲材從噴頭出來時(shí)的位置存在不確定性，由于噴絲嘴的出口和聚焦光斑之間存在一段距離，很容易導(dǎo)致絲材在到達(dá)工件的熔覆區(qū)域時(shí)和光斑發(fā)生偏離，導(dǎo)致熔覆表面質(zhì)量和尺寸精度不好，熔覆表層料厚不均勻，熔覆區(qū)域的尺寸變化比較大，達(dá)不到熔覆的精度要求。
[0007]4、絲材在噴頭內(nèi)運(yùn)動(dòng)過程中，由于噴頭受到熔池?zé)崃總鬟f，整個(gè)噴頭的溫度會(huì)很高，由于材料的熱脹冷縮，絲材和噴頭內(nèi)部導(dǎo)槽之間的摩擦力增大，絲材很容易堵在噴頭中，無法從噴嘴口排出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種用于激光熔覆的激光光內(nèi)送絲裝置，以獲得較高的熔覆效率以及較高的熔覆精度，并避免噴絲嘴堵塞。
[0009]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種用于激光熔覆的激光光內(nèi)送絲裝置，沿激光傳送方向設(shè)有反射鏡和聚焦鏡，所述反射鏡為將入射光束分成兩束反射光的尖劈分光鏡，所述聚焦鏡為將兩束所述反射光聚焦為線形的反射聚焦鏡，設(shè)有一支撐架，所述尖劈分光鏡固定于所述支撐架的頂部中央，尖劈分光鏡的尖端朝向入光方向；所述支撐架上設(shè)有至少兩個(gè)導(dǎo)絲槽，所述導(dǎo)絲槽與由所述反射聚焦鏡形成的聚焦光束不相交，導(dǎo)絲槽的出口處設(shè)有導(dǎo)絲嘴，所述導(dǎo)絲嘴上出絲口的位置位于聚焦光束的焦點(diǎn)的側(cè)上方。
[0010]上述技術(shù)方案中，反射聚焦鏡由固定連接在所述支撐架兩側(cè)的一對(duì)聚焦鏡構(gòu)成，聚焦鏡的鏡面與所述尖劈分光鏡的兩側(cè)鏡面相對(duì)，并使反射的聚焦光束朝向支撐架下方的出光口，所述支撐架在聚焦光束路徑上設(shè)有通孔;所述導(dǎo)絲槽的入口位于所述支撐架上的另兩側(cè)。
[0011]每一所述導(dǎo)絲槽由上部的弧形導(dǎo)槽和下部的直線導(dǎo)槽連接構(gòu)成，下部的直線導(dǎo)槽位于聚焦光束之間的中空無光區(qū)內(nèi)；當(dāng)設(shè)置偶數(shù)個(gè)導(dǎo)絲槽時(shí)，各導(dǎo)絲槽中的直線導(dǎo)槽與導(dǎo)絲嘴中的槽以支撐架中心線為軸成軸對(duì)稱布置。
[0012]優(yōu)選的技術(shù)方案，所述支撐架的下部對(duì)應(yīng)直線導(dǎo)槽設(shè)有絲材位置校正機(jī)構(gòu)，所述絲材位置校正機(jī)構(gòu)包括一靠于直線導(dǎo)槽槽口處的壓緊塊，所述壓緊塊經(jīng)彈性機(jī)構(gòu)安裝在所述支撐架上，并壓緊直線導(dǎo)槽。
[0013]其中，所述彈性機(jī)構(gòu)包括一與支撐架銷軸連接的傳遞桿，所述傳遞桿的一端經(jīng)彈性元件和調(diào)節(jié)螺釘與支撐架連接，所述傳遞桿的另一端壓迫所述壓緊塊。
[0014]進(jìn)一步的技術(shù)方案，在所述圓弧導(dǎo)槽的入口處，設(shè)有圓柱形連接孔，所述圓柱形連接孔內(nèi)設(shè)有潤(rùn)滑元件，潤(rùn)滑元件內(nèi)設(shè)有潤(rùn)滑液，絲材經(jīng)所述潤(rùn)滑液進(jìn)入所述圓弧導(dǎo)槽內(nèi)。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述支撐架內(nèi)部設(shè)有氣體通道，所述導(dǎo)絲嘴上設(shè)有與所述氣體通道連通的出氣口，保護(hù)氣體經(jīng)所述氣體通道和出氣品輸送到熔覆區(qū)域。
[0016]所述導(dǎo)絲嘴上設(shè)有進(jìn)氣導(dǎo)槽、出氣口、V形進(jìn)絲口和出絲口、導(dǎo)向孔，并分別與支撐架上的對(duì)應(yīng)槽、孔連通。
[0017]上述技術(shù)方案中，包括上防護(hù)罩、下防護(hù)罩、連接板，上防護(hù)罩上方有入光口，下防護(hù)罩下方有出光口。
[0018]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明通過設(shè)置尖劈分光鏡和對(duì)應(yīng)的反射聚焦鏡，將光線從兩側(cè)形成倒三角形形狀聚焦成線狀焦點(diǎn)，從而避免了光線與支撐架的干涉，減少激光功率損耗，能有效提高熔覆效率。
[0019]2、由于采用倒三角形形狀的聚焦路徑，本發(fā)明的光束具有較大的中空區(qū)，便于實(shí)現(xiàn)多條絲材同時(shí)熔覆，增大了整個(gè)熔覆區(qū)域的面積，較大地提高了熔覆效率，進(jìn)而也可以進(jìn)行大面積的熔覆工作。
[0020]3、本發(fā)明在設(shè)計(jì)噴絲嘴時(shí)增加了一個(gè)用于校正絲材位置的校正裝置，該裝置通過內(nèi)置的壓緊裝置將絲材緊緊得壓在線槽內(nèi)，消除了絲材和槽的間隙，保證了絲材在導(dǎo)槽內(nèi)的位置精度，絲材在工件的熔覆區(qū)域始終處于光斑內(nèi)部，大大縮小了熔覆區(qū)域尺寸變化的幅度，從而提高了熔覆表面質(zhì)量和尺寸精度。
[0021 ] 4、在支撐架絲材入口處增加潤(rùn)滑元件，絲材通過潤(rùn)滑元件，將潤(rùn)滑元件上的潤(rùn)滑液帶入到整個(gè)噴頭中，有效減小絲材和噴頭內(nèi)部導(dǎo)槽摩擦力，有效避免堵絲問題產(chǎn)生。
【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有激光單送絲噴頭的原理圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一種激光光內(nèi)可同時(shí)輸送兩根絲材的噴頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為實(shí)施例中支撐架的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為實(shí)施例中支撐架的正向剖面示意圖；
圖5為實(shí)施例中導(dǎo)絲嘴的側(cè)上方視圖；
圖6為導(dǎo)絲嘴的側(cè)面視圖；
圖7為導(dǎo)絲嘴的側(cè)下方視圖；
圖8為實(shí)施例中支撐架與導(dǎo)絲嘴連接處的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為實(shí)施例中支撐架的側(cè)向剖面示意圖；
圖10為支撐架內(nèi)部的通氣管道示意圖；
圖11為支撐架內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中:1、連接板;2、激光束;3、上防護(hù)罩;4、送絲口；5、絲材;6、下防護(hù)罩;7、光斑；8、反射聚焦鏡;9、支撐架；10、傳遞桿；11、調(diào)節(jié)螺釘；12、壓緊塊；13、導(dǎo)絲嘴；14、潤(rùn)滑元件；15、支撐架；16、彈性元件；17、調(diào)節(jié)螺釘;18、銷；19、傳遞桿;20、出氣口； 21、尖劈分光鏡;22、進(jìn)氣導(dǎo)槽;23、V形進(jìn)絲口 ；24、導(dǎo)向孔;25、V形出絲口 ；26、氣體通道;27、入光口； 28、出光口 ；
30、倒三角光束；32、圓弧導(dǎo)槽;33、直線導(dǎo)