会员体验
专利管家(专利管理)
工作空间(专利管理)
风险监控(情报监控)
数据分析(专利分析)
侵权分析(诉讼无效)
联系我们
交流群
官方交流:
QQ群: 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~
首页 / 专利库 / 喷涂技术 / 喷嘴 / 粉体熔敷喷嘴

粉体熔敷喷嘴

阅读:905发布:2021-02-25

IPRDB可以提供粉体熔敷喷嘴专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本发明提供一种粉体熔敷喷嘴,即便在被加工物的加工部位的加工面积大的情况下,也能够维持要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量,能够显著提高被加工物的生产性。在内侧喷嘴部件(10)与外侧喷嘴部件(20)之间形成的排出通路(19)的通路宽度(X)随着趋向排出口(18)而变宽。,下面是粉体熔敷喷嘴专利的具体信息内容。

1.一种粉体熔敷喷嘴,

所述粉体熔敷喷嘴具备:内侧喷嘴部件,所述内侧喷嘴部件具有用于供激光通过的激光通路;以及外侧喷嘴部件,所述外侧喷嘴部件外嵌于所述内侧喷嘴部件,在所述内侧喷嘴部件与所述外侧喷嘴部件之间形成有供粉体通过的排出通路以及排出通过所述排出通路后的粉体的排出口,其中,

所述排出通路的通路宽度随着趋向所述排出口而变宽。

2.根据权利要求1所述的粉体熔敷喷嘴,其中,

构成所述排出通路的所述内侧喷嘴部件的外周面与所述外侧喷嘴部件的内周面呈随着趋向所述排出口而缩径的圆锥台状,所述内侧喷嘴部件的外周面相对于中心轴线的倾斜角比所述外侧喷嘴部件的内周面相对于中心轴线的倾斜角大,由此使得所述排出通路的通路宽度随着趋向所述排出口而变宽。

说明书全文

粉体熔敷喷嘴

技术领域

[0001] 本发明涉及粉体熔敷喷嘴,特别是涉及在对被加工物形成熔敷层(cladding layer:堆焊层)的激光熔敷加工中使用的粉体熔敷喷嘴。

背景技术

[0002] 以往,为了提高发动机用气缸盖的气门座的耐久性且提高其设计自由度,公知有如下的激光加工:一边对该气门座供给例如粉体(粉末)状的熔敷材料一边照射激光,通过使气门座和激光相对旋转来形成熔敷层(堆焊层)。该激光加工是一般被称为激光熔敷加工的如下的技术:相对于已进行了发动机的燃烧室所需要的机械加工、例如气门孔形成加工等的气缸盖,向其应当成为气门座的区域供给由铜合金等构成的具有耐磨性的粉体状的熔敷材料并执行激光照射,最终形成应当成为气门座的环状的熔敷层、即熔敷焊道部。
[0003] 在上述的激光熔敷加工中,一般采用使激光通过并且从该激光的周围排出粉末金属的双重管构造的同轴喷嘴(粉体熔敷喷嘴),作为这种以往的粉体熔敷喷嘴,公知有图5所示的粉末金属熔敷喷嘴(专利文献1)。
[0004] 图5所示的以往的粉末金属熔敷喷嘴由圆柱状的主体部A和与主体部A呈同轴状地结合的喷嘴部B构成。主体部A具备外侧部件C和嵌入外侧部件C的中央空间的内侧部件D,在外侧部件C与内侧部件D之间形成填充惰性气体的圆环状的气体填充空间E、以及填充运载气体和粉末金属的粉末金属填充空间F。在该粉末金属填充空间F开设有多个供给路G,粉末金属填充空间F通过分割部I分割成与各个供给路G对应的填充区域。另外,在粉末金属填充空间F的底部,沿着底部的圆周以与轴线L平行地在外侧部件C的下面开口的方式形成有将粉末金属向喷嘴部B引导的多个引导孔J。喷嘴部B由与主体部A结合的外侧喷嘴部件S和内嵌于外侧喷嘴部件S的内侧喷嘴部件T构成,在外侧喷嘴部件S与内侧喷嘴部件T之间,设置有与形成于主体部A的引导孔J连通的多个粉末金属的排出通路N,且该粉末金属的排出通路N在喷嘴部B的排出口Q开口。另外,在内侧喷嘴部T的内部形成有与主体部A的内侧部件D的中央空间连通的供激光R通过的激光通路K,激光通路K在内侧喷嘴部件T的前端开口而形成照射口M。
[0005] 上述的粉末金属熔敷喷嘴与激光加工头的激光产生装置结合,主体部A的粉末金属的供给路G经由供给管与粉末金属供给源(也称为送料器)连接。在该粉末金属熔敷喷嘴中,从连接于主体部A的上方的激光产生装置射出的激光R,经过激光通路K从照射口M向被加工物的加工部位W照射。另一方面,从送料器同运载气体一起经由供给管向粉末金属的供给路G供给的粉末金属P被等分地向粉末金属填充空间F的由分割部I划分的各个填充区域填充。填充的粉末金属P经过引导孔J与排出通路N从排出口Q向加工部位W的周边排出,被排出后的粉末金属P借助激光R熔融从而在加工部位W形成熔敷层。
[0006] 在这样的以往的粉末金属熔敷喷嘴中,形成于主体部A的粉末金属填充空间F由分割部I划分成为与供给路G对应,因此能够从圆周状的排出口Q的与各个填充区域对应的范围均等地排出粉末金属P。
[0007] 专利文献1:日本特开2005-219060号公报
[0008] 然而,在上述的以往的粉末金属熔敷喷嘴中,形成粉末金属的排出通路的外侧喷嘴部件的内周面与内侧喷嘴部件的外周面被平行配置,该排出通路的通路宽度沿轴线方向为恒定,通常情况下,经由排出通路从排出口排出的粉末金属集中在被加工物的加工部位的中央部附近。
[0009] 因此,当被加工物的加工部位的加工面积比较小的情况下,对于该加工部位可形成所希望的熔敷层,不过如果被加工物的加工部位的加工面积变大,则无法对加工部位整体供给所希望的量的粉末金属,产生要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量降低之类的问题。

发明内容

[0010] 本发明是鉴于上述问题而形成的,其目的在于提供一种即便在被加工物的加工部位的加工面积大的情况下,也能够维持要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量,能够显著提高被加工物的生产性的粉体熔敷喷嘴。
[0011] 为了实现上述目的,本发明的粉体熔敷喷嘴具备:内侧喷嘴部件,上述内侧喷嘴部件具有用于供激光通过的激光通路;以及外侧喷嘴部件,上述外侧喷嘴部件外嵌于上述内侧喷嘴部件,在上述内侧喷嘴部件与上述外侧喷嘴部件之间形成有供粉体通过的排出通路以及排出通过上述排出通路后的粉体的排出口,其中,上述排出通路的通路宽度随着趋向上述排出口而变宽。
[0012] 在此,排出通路的通路宽度是指相对于喷嘴的轴线垂直的剖面中的、内侧喷嘴部件的外周面与外侧喷嘴部件的内周面的径向上的间隔或尺寸。
[0013] 根据上述的方式的粉体熔敷喷嘴,通过使在内侧喷嘴部件与外侧喷嘴部件之间形成的排出通路的通路宽度随着趋向排出口而变宽,使得粉体一边沿径向扩展(分散)一边通过排出通路进而从排出口排出。因此,即使在被加工物的加工部位的加工面积大的情况下,也能够遍及该加工部位的宽广范围使粉体分散并供给,能够对该加工部位整体形成所希望的厚度的熔敷层,因此能够维持要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量,能够显著提高被加工物的生产性。
[0014] 另外,上述的粉体熔敷喷嘴的优选的方式如下:构成上述排出通路的上述内侧喷嘴部件的外周面与上述外侧喷嘴部件的内周面呈随着趋向上述排出口而缩径的圆锥台状,上述内侧喷嘴部件的外周面相对于中心轴线的倾斜角比上述外侧喷嘴部件的内周面相对于中心轴线的倾斜角大,由此使得上述排出通路的通路宽度随着趋向上述排出口而变宽。
[0015] 根据上述的方式的粉体熔敷喷嘴,能够凭借简单的结构使排出通路的通路宽度随着趋向排出口而连续变宽,能够进一步提高要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量。
[0016] 如能够从以上的说明理解的那样,根据本发明的粉体熔敷喷嘴,凭借在内侧喷嘴部件与外侧喷嘴部件之间形成的排出通路的通路宽度随着趋向排出口而变宽的简单结构,即便在被加工物的加工部位的加工面积大的情况下,也能够维持要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量,能够显著提高被加工物的生产性。

附图说明

[0017] 图1是示意性示出应用本发明的粉体熔敷喷嘴的激光熔敷加工装置的主要结构的立体图。
[0018] 图2是示出本发明的粉体熔敷喷嘴的实施方式的主要结构的纵剖视图。
[0019] 图3是示出基于试验体进行的测定实施例、比较例1、2、参考例的排出开口附近处的粉体分布而得的实验结果的图,(a)是示出实施例的实验结果的图,(b)是示出比较例1的实验结果的图,(c)是示出比较例2的实验结果的图,(d)是示出参考例的实验结果的图。
[0020] 图4是示出基于试验体进行的测定在实施例、比较例1、参考例中形成的熔敷层的剖面而得的测定结果的图,(a)是示出实施例的测定结果的图,(b)是示出比较例1的测定结果的图,(c)是示出参考例的测定结果的图。
[0021] 图5是示出以往的粉体熔敷喷嘴的纵剖视图。

具体实施方式

[0022] 以下,参照附图对本发明的粉体熔敷喷嘴的实施方式进行说明。
[0023] 图1是示意性示出应用本发明的粉体熔敷喷嘴的激光熔敷加工装置的主要结构的立体图。
[0024] 图示的激光熔敷加工装置9是对例如气缸盖(被加工物)H的气门座部(加工部位)W进行激光熔敷加工的装置,具备:使气缸盖H偏转并进行保持的气缸盖保持装置1;一边朝加工部位照射激光一边排出粉末金属(粉体)(例如以铜为主要成分的材料)的激光加工头2;使激光加工头2相对于铅垂方向倾斜而进行保持并使其绕铅垂轴旋转的旋转装置3;以及朝激光加工头2供给粉末金属的粉体供给装置(feeder:送料器)4。
[0025] 气缸盖保持装置1是以使得气门座部W的中心轴线为铅垂方向的方式使气缸盖H偏转、或者以使得气门座W的中心轴线与激光加工头2的旋转轴线一致的方式使气缸盖H沿水平方向二维移动的装置。
[0026] 激光加工头2具有产生激光的激光产生部5和内置有对激光进行聚光的聚光透镜等的光学系统部6,在该光学系统部6的前端部连接供有使激光通过并且从该激光的周围排出粉末金属的双重管构造的粉体熔敷喷嘴(也称为同轴喷嘴)7,该粉体熔敷喷嘴7经由供给管8连接于送料器4。
[0027] 该激光熔敷加工装置9将与形成在加工部位的熔敷层(堆焊层)相应的量的粉末金属同运载气体(例如氮气气体等的惰性气体)一起从送料器4向粉体熔敷喷嘴7供给,利用激光产生部5生成与该粉末金属相应的输出的激光,经由粉体熔敷喷嘴7一边朝加工部位W照射激光一边排出粉末金属,由此,能够在气缸盖H的气门座部W形成所希望的熔敷层(堆焊层)。此外,例如,从送料器4向粉体熔敷喷嘴7供给的粉末金属的量、为了从送料器4向粉体熔敷喷嘴7压送粉末金属所使用的运载气体的流量、激光的输出、加工速度等可通过适当的调整单元自由调整。
[0028] 图2是示出图1所示的粉体熔敷喷嘴(本发明的粉体熔敷喷嘴的实施方式)的主要结构的纵剖视图,特别地,是示出该粉体熔敷喷嘴的排出口侧(前端侧)的纵剖视图。此外,其他的结构与基于图5说明的以往的粉末金属熔敷喷嘴几乎相同,因此省略其详细的说明。
[0029] 如图所示,粉体熔敷喷嘴7主要具备:具有用于供激光R通过的激光通路11的大致圆管状的内侧喷嘴部件10;以及外嵌于内侧喷嘴部件10的外侧喷嘴部件20。内侧喷嘴部件10与外侧喷嘴部件20配置在同轴上,在内侧喷嘴部件10与外侧喷嘴部件20之间划分形成有供粉末金属P通过的大致圆环状的排出通路19。另外,在内侧喷嘴部件10的前端与外侧喷嘴部件20的前端之间形成有将通过排出通路19后的粉末金属P向外部排出的圆环状的排出口18。
[0030] 内侧喷嘴部件10的内周面10a以及外周面10b与外侧喷嘴部件20的内周面20a沿着中心轴线L方向并且随着趋向排出口18侧(前端侧)而缩径,即内侧喷嘴部件10的外周面10b与外侧喷嘴部件20的内周面20a呈随着趋向上述排出口18而缩径的圆锥台状。内侧喷嘴部件10的外周面10b相对于中心轴线L的倾斜角θ1比外侧喷嘴部件20的内周面20a相对于中心轴线L的倾斜角θ2大,在内侧喷嘴部件10的外周面10b与外侧喷嘴部件20的内周面20a之间形成的排出通路19的通路宽度X随着趋向上述排出口18而连续变宽。
[0031] 因此,经由供给管8等从送料器4同运载气体一起向排出通路19导入的粉末金属(粉体)P一边朝径向(相对于中心轴线L正交的方向)扩展,一边沿该排出通路19朝向前端侧(排出口18)通过进而从圆环状的排出口18排出。从排出口18排出后的粉末金属P从激光产生部5射出,并且沿内侧喷嘴部件10的激光通路11通过而后被从照射口12照射的激光R熔融,熔融后的粉末金属被熔敷于被加工物H的加工部位W,熔敷的粉末金属被冷却固化,要在被加工物H的加工部位W形成具有所希望的厚度以及外形的熔敷层(堆焊层)。此外,从内侧喷嘴部件10的内周面10a形成的激光通路11还兼作惰性气体的通路,当进行上述激光熔敷加工时,惰性气体从照射口12向被加工物H的加工部位W喷射。
[0032] 根据这样的结构的粉体熔敷喷嘴7,通过使在内侧喷嘴部件10与外侧喷嘴部件20之间形成的排出通路19的通路宽度X随着趋向排出口18而连续变宽,使得粉体一边向径向扩展(分散)一边沿排出通路19通过进而从排出口18排出。因此,即使在被加工物H的加工部位W的加工面积大的情况下,也能够遍及该加工部位W的宽广范围使粉体分散并供给,能够对该加工部位W整体形成所希望的厚度的熔敷层,因此能够维持要在被加工物H的加工部位W形成的熔敷层的质量,能够显著提高被加工物H的生产性。
[0033] 此外,在上述的实施的方式中,虽然主要对粉体为在激光熔敷加工中使用的粉末金属的方式进行了说明,不过该粉体只要能够在被加工物的加工部位形成所希望的熔敷层即可,可以应用任何的粉体。
[0034] 另外,内侧喷嘴部件10的外周面10b、外侧喷嘴部件20的内周面20a的形状以及内侧喷嘴部件10的外周面10b相对于中心轴线L的倾斜角θ1或外侧喷嘴部件20的内周面20a相对于中心轴线L的倾斜角θ2,并不局限于图示例,只要是排出通路19的通路宽度X随着趋向排出口18连续而变宽即可,例如当然可以根据从送料器4向粉体熔敷喷嘴7供给的粉末金属的量、为了从送料器4向粉体熔敷喷嘴7向粉末金属压送所使用的运载气体的流量等适当做出变更。
[0035] [基于试验体进行的测定排出口附近处的粉体分布以及熔敷层的形状的实验及其结果]
[0036] 本发明人等制作排出通路的形状不同的4种试验体(实施例、比较例1、2、参考例),将各个试验体与激光熔敷加工装置(参照图1)的激光加工头连接并使之工作,对此时的排出口附近处的粉体分布实施测定,并且对由激光熔敷加工形成的熔敷层的形状实施测定,评价从排出口排出的粉体的径向的均匀性。
[0037] <实施例、比较例1、2、参考例的试验体的规格>
[0038] 以下的表1示出在本实验中使用的实施例、比较例1、2、参考例的试验体的规格。如表1所示,在实施例的试验体中,内侧喷嘴部件的外周面相对于中心轴线的倾斜角θ1为
40度,外侧喷嘴部件的内周面相对于中心轴线的倾斜角θ2为38.5度,喷嘴前端(排出口)的排出通路的通路宽度X约为7mm。在比较例1的试验体中,内侧喷嘴部件的外周面相对于中心轴线的倾斜角θ1与外侧喷嘴部件的内周面相对于中心轴线的倾斜角θ2均为40度,喷嘴前端(排出口)的排出通路的通路宽度X约为5mm。在比较例2的试验体中,内侧喷嘴部件的外周面相对于中心轴线的倾斜角θ1与外侧喷嘴部件的内周面相对于中心轴线的倾斜角θ2均为40度,喷嘴前端(排出口)的排出通路的通路宽度X约为7mm。在参考例的试验体中,内侧喷嘴部件的外周面相对于中心轴线的倾斜角θ1为40度,外侧喷嘴部件的内周面相对于中心轴线的倾斜角θ2为38度,喷嘴前端(排出口)的排出通路的通路宽度X约为7mm。
[0039] 即,实施例以及参考例的试验体分别使用与上述的实施方式的粉体熔敷喷嘴相同的喷嘴,比较例1、2的试验体分别使用与图5所示的以往的粉体熔敷喷嘴相同的喷嘴。
[0040] 表1
[0041]θ1(度) θ2(度) θ1-θ2(度) X(mm)(喷嘴前端)
实施例 40 38.5 1.5 约7
比较例1 40 40 0 约5
比较例2 40 40 0 约7
参考例 40 38 2.0 约7
[0042] <基于试验体进行的排出口附近处的粉体分布的测定方法>
[0043] 若对基于粉体熔敷喷嘴试验体进行的排出口附近处的粉体分布的测定方法进行概述,则将安装有各试验体的激光熔敷加工装置的激光加工头朝向铅垂方向配置,使该激光熔敷加工装置工作,从排出口将粉体(以铜为主要成分的材料)同运载气体一起排出,在相距该排出口沿铅垂方向(中心轴线L方向)离开15mm的位置处,对通过φ3mm、φ5mm、φ7mm的孔的粉体的量进行测定。此外,此时的粉体供给量为0.9g/s,运载气体流量为8.0L/min。
[0044] <基于试验体进行的测定排出口附近处的粉体分布的结果>
[0045] 图3是示出基于试验体进行的测定实施例、比较例1、2、参考例的排出口附近处的粉体分布而得的实验结果的图,图3(a)~(d)分别是示出实施例、比较例1、2、参考例的实验结果的图。此外,在图3中,按照相对于向粉体熔敷喷嘴供给的粉体的量的比例来实处通过φ3mm以内的部分、φ3~5mm的部分、φ5~7mm的部分、φ7mm以上的部分后的粉体的量。
[0046] 如图3所示,在比较例1、2的试验体中,确认到如下结果:通过φ3mm的孔的粉体分别约为78%、65%,通过φ3~5mm的部分的粉体分别约为14%、约16%,从排出口排出的粉体集中在中央部附近(中心轴线附近)。另外,在比较例2的试验体中,确认到如下结构:通过φ7mm以上的部分的粉体接近约15%,相比预先设定的光束尺寸向外侧排出的粉体的量增加且成品率下降。
[0047] 另一方面,在实施例的试验体中,确认到如下结果:通过φ3mm的孔的粉体约为53%,通过φ3~5mm的部分的粉体约为26%,通过φ5~7mm的部分的粉体约为14%,通过φ7mm以上的部分的粉体约为7%,从排出口排出的粉体向径向分散且径向上的均匀性升高,并且相比预先设定的光束尺寸向外侧排出的粉体的量也得到抑制。
[0048] 此外,依据参考例的基于试验体的实验结果可见,如果内侧喷嘴部件的外周面相对于中心轴线的倾斜角θ1与外侧喷嘴部件的内周面相对于中心轴线的倾斜角θ2的角度差(θ1-θ2)过大,则与比较例2的试验体相同,存在相比预先设定的光束尺寸向外侧排出的粉体的量增加的可能性,因此需要根据粉体供给量、运载气体流量等适当设计内侧喷嘴部件的外周面相对于中心轴线的倾斜角θ1与外侧喷嘴部件的内周面相对于中心轴线的倾斜角θ2的角度差(θ1-θ2)。
[0049] <基于试验体进行的熔敷层的形状的测定方法>
[0050] 接下来,若对基于试验体进行的熔敷层的形状的测定方法进行概述,则使安装有实施例、比较例与参考例的各试验体的激光熔敷加工装置工作,一边从照射口照射激光一边从排出口将粉体(以铜为主要成分的材料)同运载气体一起排出,在被加工物的槽形状的加工部位形成熔敷层,在该加工部位的一部分测定熔敷层的剖面。
[0051] <基于试验体进行的测定熔敷层的形状的结果>
[0052] 图4是示出基于试验体进行的测定在实施例、比较例1、参考例子中形成的熔敷层的剖面而得的测定结果的图,图4(a)~(c)是分别示出实施例、比较例1、参考例的测定结果的图。
[0053] 如图4所示,在比较例1的试验体中,确认到如下结果:熔敷层的厚度在加工部位的中央部附近(中心轴线附近)处变厚,熔敷层的加工余量在加工部位整体变得不均匀。另一方面,在实施例的试验体中,确认到如下结果:与比较例1的试验体相比,熔敷层的厚度在加工部位的中央部附近(中心轴线附近)变薄,熔敷层的加工余量在加工部位整体变得较为均匀(稳定)。此外,由参考例的基于试验体进行的实验结果可见,如果内侧喷嘴部件的外周面相对于中心轴线的倾斜角θ1与外侧喷嘴部件的内周面相对于中心轴线的倾斜角θ2的角度差(θ1-θ2)过大,则存在熔敷层的宽度过宽的可能性。
[0054] 根据该实验结果,能够证实:凭借使在内侧喷嘴部件与外侧喷嘴部件之间形成的排出通路的通路宽度随着趋向排出口而变宽的简单的结构,即使在被加工物的加工部位的加工面积大的情况下,也能够维持要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量,使熔敷层的加工余量稳定,显著提高被加工物的生产性。
[0055] 至此,使用附图对本发明的实施方式进行了详细叙述,但是,具体的结构并不限定于该实施方式,即便是在不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等也包含于本发明。
[0056] 其中,附图标记说明如下:
[0057] 1:气缸盖保持装置;2:激光加工头;3:旋转装置;4:粉体供给装置(送料器);5:激光产生部;6:光学系统部;7:粉体熔敷喷嘴;8:供给管;9:激光熔敷加工装置;10:内侧喷嘴部件;10a:内侧喷嘴部件的内周面;10b:内侧喷嘴部件的外周面;11:激光通路;12:
照射口;18:排出口;19:排出通路;20:外侧喷嘴部件;20a:外侧喷嘴部件的内周面;L:中心轴线;X:排出通路的通路宽度。
高效检索全球专利

IPRDB是专利检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,专利查询、专利分析

电话:13651749426

侵权分析

IPRDB的侵权分析产品是IPRDB结合多位一线专利维权律师和专利侵权分析师的智慧,开发出来的一款特色产品,也是市面上唯一一款帮助企业研发人员、科研工作者、专利律师、专利分析师快速定位侵权分析的产品,极大的减少了用户重复工作量,提升工作效率,降低无效或侵权分析的准入门槛。

立即试用