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激光熔覆送粉喷嘴的优化设计及制造

作　者: 杨斌
导　师: 杨永强；黄延禄；黄勇
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 激光熔覆同轴送粉喷嘴 COMSOL Multiphysics 粉末汇聚性能
分类号: TG665
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

激光熔覆是一种新的材料加工与表面改性技术,该技术可以在低成本钢上制成高性能表面,代替大量的高级合金,以节约贵重、稀有的战略金属,提高材料的综合性能,实现对重大零件的快速绿色修复。经过多年的研究开发,目前,该项技术己经具有了较高的技术水平和相当的应用规模。送粉喷嘴是激光熔覆系统的关键部件之一,其对激光熔覆质量有非常重要的影响,同轴送粉喷嘴因具有送粉流各向同性并且适宜于3D熔覆的特点而成为目前研究的热点,深入开展三维同轴送粉喷嘴的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本课题主要是围绕载气式激光熔覆同轴送粉喷嘴的设计及制造开展的工作。首先,按照激光熔覆送粉喷嘴的功能要求,综合机械设计的相关理论知识,对其结构进行创新设计,并利用三维造型软件Pro/E绘制出了一种免装配结构的激光熔覆送粉喷嘴的参数化几何模型。设计了一个正交试验,并运用多物理场耦合分析软件Comsol Multiphysics对设计出的新型喷嘴的载粉气流进行CFD仿真。统计分析每组试验的结果,主要研究激光熔覆过程中送粉喷嘴的粉末流参数(聚焦焦距和聚焦半径)在送粉通道轴向锥角、激光出光口半径和出粉口宽度3个因素的不同水平组合下的变化规律,得出了如下两个重要结论:(1)喷嘴设计的最优尺寸组合为送粉通道与喷嘴轴向的锥角25°,激光出光口半径2.2mm,出粉口宽度1.3mm。(2)影响粉末流汇聚特性的因素的主次顺序依次为出粉口宽度、送粉通道轴向锥角、激光出光口半径。最后,利用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)的方法快速成型出经结构优化和尺寸优化的免装配激光熔覆送粉喷嘴,对其后处理以后进行了相关性能测试。

激光熔覆送粉喷嘴的优化设计及制造

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