一种蜗杆式中心送粉型等离子熔覆头的制作方法

[0001]
本发明属于等离子熔覆技术领域，具体涉及一种蜗杆式中心送粉型等离子熔覆头的设计方案。


背景技术：

[0002]
等离子熔覆是指通过特定装置获得高能量密度的微束等离子电弧，利用该等离子束，使各种合金粉末被瞬时地加热加速形成粒子射线，喷射到待加工的零件表面，经熔融、混合、凝固等物理化学变化，最终和零件表面冶金结合，实现对零件表面修复、强化和再制造的工艺方法。该技术能够对两种性质不同或差别很大的材料进行原子级的结合，且加热和冷却速度低于激光，熔融状态维持时间较长，利于金相组织均匀形成，具有前期处理简单、送分精度要求低、适合金属修复、工艺稳定性好和对材料的限制较少等优点。
[0003]
如何将粉末送入等离子束内，常用的是同步送粉法。同步送粉法一般采用气动送粉方式，分为旁轴送粉和同轴送粉两种方式。旁轴送粉是中心为等离子喷枪，粉末由旁侧送粉管送入。同轴送粉是在等离子熔覆头内围绕等离子喷枪设计多个送粉流道，粉末在熔覆头喷嘴外进入等离子束。相对旁轴送粉方式，同轴送粉方式柔性好、粉末利用率高，受到广泛应用。然而这种方式在送粉时，各路粉流汇聚至中心均会发生相互冲击，加上各路粉流汇聚时的速度存在差异，因此在汇聚时粉末的均匀性和汇集性会受到较大影响，从而向周围飞溅，降低粉末利用率，影响熔覆质量。因此，需要有更好的技术或方法来解决现有技术存在的问题，以满足更高的工艺需求。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种蜗杆式中心送粉型等离子熔覆头的设计方法，以此解决上述相关技术存在的问题，从而进一步提高等离子熔覆在送粉时粉末流的均匀性与汇聚性，改善粉材利用率与熔覆质量。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种蜗杆式中心送粉型等离子熔覆头，包括中心送粉部分、等离子喷枪部分和水冷套部分。以下为各部分的详细阐述。
[0006]
所述中心送粉部分，包括粉末料斗、送粉蜗杆和控制系统。中心送粉部分安装于熔覆头的中心轴；送粉蜗杆安装于中心送粉部分的中心轴，与料斗内壁配合，通过旋转的方式来达到送粉的目的，属于一种机械送粉方式，且为中心送粉方法。此方法由于是利用蜗杆旋转的送粉方式，因此能够通过控制系统控制电机以控制蜗杆旋转，进而控制送粉速度与送粉量，实现粉末的恒速、恒量输送。此外，中心送粉的形式避免了粉末汇聚时的冲击作用，极大改善了粉末流的均匀性和汇集性，有利于粉材利用率和熔覆质量的提高。
[0007]
所述等离子喷枪部分和所述水冷套部分是共同作用的两个部分。水冷套安装于中心送粉部分的外部，包括进水口、出水口和连通水冷流道的3个水冷腔，水冷腔用于安装3个等离子喷枪。3个等离子喷枪环形布置，各喷枪夹角为120
°
，各喷枪中心轴与熔覆头中心轴具有一定夹角，使3个等离子喷枪的轴线和蜗杆轴线交于一点，喷枪喷嘴指向中心送粉部分
的出粉口下方一定距离，以此使3束等离子束汇聚于3个等离子喷枪的轴线交点处，用以熔化合金粉末与金属零件表面。由于3束等离子束是从3个不同方向对合金粉末进行熔化，所以合金粉末受热均匀利于熔化，有利于改善熔覆效率。
[0008]
本发明具有以下明显优势：1.利用蜗杆杆旋转的送粉方式能够控制送粉速度与送粉量，使送粉过程充分可控，实现粉末的恒速、恒量输送；2.位于熔覆头中心轴的中心送粉方法仅有单一粉末流，无需多粉末流进行汇聚，避免了粉末流汇聚时的冲击作用，提高了送粉时粉末流的均匀性与汇聚性，有利于改善粉材利用率和熔覆质量。3.环形布置的3个等离子喷枪使等离子束从3个不同方向汇聚，使合金粉末在各方向受热均匀，利于合金粉末的熔化，有助于熔覆效率的提高。
附图说明
[0009]
图1为本发明装置的送粉蜗杆示意图。
[0010]
图2为本发明装置的粉末料斗示意图。
[0011]
图3为本发明装置的中心送粉部分示意图。
[0012]
图4为本发明装置的水冷套示意图。
[0013]
图5为本发明装置的等离子喷枪和水冷套装配示意图。
[0014]
图6为本发明装置的总装配示意图。
具体实施方式
[0015]
与传统气动送粉型熔覆头不同，本发明属于一种机械形式的中心送粉方法，并利用蜗杆实现对送粉过程的控制。结合上述附图，本发明的具体实施方式如下：
[0016]
一种蜗杆式中心送粉型等离子熔覆头，由中心送粉部分、等离子喷枪部分和水冷套部分组成。中心送粉部分，由粉末料斗、送粉蜗杆和控制系统组成。送粉蜗杆，如图1所示，可通过旋转的方式实现向下送粉；粉末料斗，如图2所示，设计有进粉口、蜗杆安装口和出粉口；中心送粉部分，如图3所示，是将送粉蜗杆安装于中心轴，使其上端与控制系统连接，下端与料斗内壁配合。在合金粉末从粉末料斗的进粉口进入后，会堆积于料斗下端，控制系统可控制送粉蜗杆顺时针旋转，将合金粉末沿蜗杆和料斗内壁的缝隙旋转向下输送，达到粉末输送目的。由于送粉蜗杆的转速可控，因此本发明能够控制送粉速度与送粉量，实现粉末的恒速、恒量输送。
[0017]
在粉末流经中心送粉部分后流出料斗的出粉口，送粉过程结束，将进行合金粉末的熔化过程。本发明设计了3个等离子喷枪环绕料斗出粉口布置，各喷枪间角为120
°
，且与中心送粉部分中心轴具有一定夹角，如图5所示；3个等离子喷枪通过水冷套实现固定、连接和工作时所需的冷却，水冷套上方设由进水口和出水口，如图4所示。由此，3个等离子喷枪的轴线能与中心送粉部分的轴线交于一点，3束等离子束能够汇聚于该交点处，用以熔化合金粉末与金属零件表面，实现等离子熔覆。

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