[发明专利]一种可变送丝角度的激光同轴送丝金属零件成形装置

说明书

本发明涉及一种可变送丝角度的激光同轴送丝金属零件成形装置，属于激光近净成形技术领域。该装置包括聚焦镜、激光发生器、送丝系统、保护气系统、光丝控制系统，送丝系统包括送丝机、送丝管道和可变送丝角度喷头，送丝机通过送丝管道与可变送丝角度喷头连通，激光发生器、送丝系统分别与光丝控制系统电连接，激光喷头的中部外壁固定设置有送丝管道承载板，激光喷头的顶部竖直设置滑轨，滑轨上滑设有环形滑块，环形滑块的侧端铰接设置有连杆，连杆的另一端与送丝管道的顶部铰接，送丝管道的中部通过旋转连接件设置在送丝管道承载板的侧端，保护气系统固定设置在送丝管道末端的可变送丝角度喷头外侧。

技术领域

本发明涉及一种可变送丝角度的激光同轴送丝金属零件成形装置，属于激光近净成形技术领域。

背景技术

在激光熔覆中，将激光和金属熔覆材料同步供给至加工位置，金属熔覆材料被连续且均匀地送入聚焦激光光斑内，其重点为保证光粉的精确耦合。

传统的激光送粉熔覆工艺已比较成熟，但存在不可避免的粉末发散和滞后问题，为了保证熔覆的连续性，高速喷送的金属粉末只有部分参与了成形，导致粉末材料的利用率低，且工作过程中的粉尘对环境带来了极大危害；此外，该技术对粉末的粒度和形态有着较高要求，与丝材相比，所需成本较高。

送丝熔覆技术，在精确控制丝材的供给下，材料利用率接近100%；相较于粉材，丝材的送料过程易于控制，且送料精度大大提高；送丝熔覆过程还可避免送粉熔覆时粉末易粘附在成形零件表面导致表面粗糙度升高的问题，所以，送丝熔覆具有材料利用率高、送料控制精确、成本低廉等优点。现有的光外送丝技术，虽然能极大地提高熔覆材料的利用率，但由于其丝材从激光束的侧位单侧输送，在单向熔覆时无太大影响，但在多向熔覆成形时，其送丝位置的单一性会导致熔道形态在各个方向的差异性。

现有技术中的激光光内送丝熔覆方法与光内送丝装置，该装置用圆锥镜将激光器发射的激光束变换为环形光束，再用环形聚焦镜聚焦成为环锥形光束，在环锥形光束中形成一锥形中空无光区，送丝管置于此无光区内并与环锥形光束同轴线。这种方法虽然解决了光外侧向送丝技术中存在的由于激光熔覆方向不同而导致的熔道形态各向异性的问题，保证了各个方向的一致性，但是由于送丝喷头与激光束的同轴度不能保证，容易导致光料耦合性不足等问题。

但是光内送丝熔覆技术，其内部光路复杂，光学问题较多，较难完全控制，同时，光路的复杂性也导致了激光被喷头内壁多次反射、吸收，其激光利用率较低。因此，有必要设计一种可变送丝角度的激光同轴送丝金属零件成形装置和成形方法，既能保证激光能量的高利用率，又能保证材料的高利用率。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题，提供一种可变送丝角度的激光同轴送丝金属零件成形装置，本发明的可变送丝角度的激光同轴送丝金属零件成形装置在保证高熔覆质量、高送丝精度、熔道形态各方向一致情况下，兼顾提高激光利用率和增加材料利用率的问题；同时，一定范围内送丝角度的改变，能方便地控制离焦量的大小，调节激光光斑尺寸，从而控制激光熔池大小，达到成形不同尺寸精度金属零件的目的。

本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：