高功率激光加工同軸送粉系統設計_畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 均勻混合：即使將團聚暫時分開，分子間的作用力又會使顆粒再次團聚，很容易堵塞噴嘴，嚴重影響送粉的連續性。 含有團聚體的顆粒燒結時，由于團聚顆粒之間距離較小和質點遷移距離 較小，故其內部的微粒之間優先燒結；而團聚體之外的顆粒因距離較大，傳質距離較遠，存在氣孔，則不優先燒結成大顆粒。在團聚體周圍的顆粒同時正常的燒結它與團聚體晶粒形成大小不一的飛均勻的顯性組織，并結果在燒結體中產生各種裂紋氣孔。燒結不均勻將會使機體產生應力，并影響機體致密化。 顯然，團聚對超細粉末的傳送和加工都產生非常不利的影響，必須預先從粉末中打散團聚體，這也是本次設計急需解決的問題。 送粉器的方案設計 基于大量的調研結果，針對激光再制造技術的應用特點以及超細粉末的輸送難題，初步設計出一種利用于超細粉末 輸送的載氣式鼓輪送粉器。 基于超細粉末的特殊特性，采用特殊的方法來達到超細粉末輸送的目的： (1)在粉斗中增加特殊結構的攪拌器避免粉末吸附于粉斗壁上，并在粉斗內充滿平衡氣體，防止粉末回流。 (2)采用特殊結構的粉輪和粉輪腔，對分粉末進行打散和精確計算輸送，粉輪運轉速度連續可調。 (3)用氣流輸送解決超細粉末流動性差的問題，使粉末從落粉腔輸出時均勻、穩定，不出現再次團聚現象。 (4)通過在儲粉斗中安裝攪拌軸，防止粉末發生團聚和形成空洞的現象。 工程學院畢業設計（論文） 第 14 頁，共 49 頁 (5)采用在粉輪上開槽的方法和齒輪齒條的形式對粉末的均勻性、定量性 和穩定性進行控制調節。 本方案采用鼓輪送粉原理。設計方案主要包括落粉、粉輪傳送、氣流輸送三部分。圖 所示為送粉腔原理圖。其運動過程如下，攪拌組建在直流電機的驅動下轉動時，粉斗中粉末在攪拌器的作用下進入落粉腔。粉輪驅動電機帶動粉輪運轉，粉輪將落粉輸送到出粉腔。 圖 送粉器的結構 通過電動機轉動帶動攪拌軸轉動使儲粉斗中的粉末避免發生團聚現象，輔之一氣體粉流系統，此系統能使送粉器傳輸粉末顆粒度較小的粉末。粉腔內沖滿氣體，并保持穩 定的壓力，在出粉腔的下端有出粉口。在氣體動能的作用下粉末未被均勻穩定輸送出來，輔之以氣體分散和運輸，粉末容易分散均勻及輸送流暢。 在對現有送粉器的充分點調研的基礎上，根據任務書的要求，結合難點分析，我們提出了以下設計方案，它由機械結構、氣路設計和動力系統三部分組成。 工程學院畢業設計（論文） 第 15 頁，共 49 頁 攪拌和傳輸系統 由于粉末在傳輸過程當中容易發生團聚團和空洞現象，因而團聚體的打散與否對送粉器的送粉效果有著重要的影響，解決這個問題的方法有多種，例如可以利用靜電力來進行顆粒分散。其關鍵問題是使顆粒群充滿電荷，最有效的方法是電，使連續 供給的顆粒群通過電暈放電形成離子電簾，使顆粒荷電，但該方法成本較高，不適合小型化的生產應用。 另外一種重要的，較容易實現的方法是機械分散，即用機械力把顆粒團聚打散。機械分散的必要條件是機械力應大于顆粒間的粘著力。通常機械力是由高速旋轉的葉輪圓盤或高速氣流噴力沖擊作用所引起的氣流運動而造成的，但前者磨損較大，設備笨重；后者要消耗大量氣體，我們設計的裝置，將兩者相結合。設計出一種全新的送粉器。 (1)粉末容器中架橋的消除和粉末的初步打散 超細粉末間的自然粘著力，使細顆粒團聚，難于被有效的流化。為了使流態化技術應 用于超細粉末，發揮流態的優勢，人們進行了許多研究來破除分子間作用力。但過去使用的各種降低顆粒間力的方法或效果有限，限制了超細粉末流態化技術的應用。 針對超細粉末材料在容器中的團聚、架橋、堆積密度低的特點，我們考慮在送粉器粉斗增加破拱攪拌組建系統，通過攪拌架規則轉動，攪拌粉末的均勻流動，避免粉末粘結、吸附在粉斗壁上和在粉斗內形成架橋。 (2)粉末輸送出來前的分散 該部分通過粉輪來實現。根據超細粉末的特點，其結構尺寸設計成圓柱形，粉輪外徑部分分布著粉槽，粉槽的容積大小可以根據實際情況而進行調整，它與粉末的打散效 果和粉末輸送量密切相關。粉末由料斗經漏粉孔靠自重和壓縮氣體的作用下流體進鼓輪圓周上的小槽內，隨著鼓輪的轉動小槽內的一次流入出粉腔。 由于粉槽容積式相當小的，這就起到了粉末打散輸送的作用；同時通過調節鼓輪的轉速、漏粉孔直徑和漏粉孔與鼓輪間的間隙，就能達到精確的送粉目的。用粉輪的轉速計算送粉量為： 工程學院畢業設計（論文） 第 16 頁，共 49 頁 g=nmv? 式中： n 為粉輪轉速 。m 為槽數 。v 為槽容積； ? 為粉末的堆比重 粉末自粉輪落至落粉腔之后，依靠自身的重力場和氣流 的作用使粉末傳輸至分粉器，在通過分粉器傳輸至同軸送粉頭。 氣路設計 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整說明書和 設計 圖紙等 .請聯系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業設計下載！該論文已經通過答辯 盡管互相粘結的顆粒可以采用機械的方式進行打散，然而機械分散后顆粒的大小畢竟有限，粉末仍會以小塊團的方式存在，所以粉末間的作用仍然會存在，粉末仍然粘結團聚。另外粉末由粉嘴吹向金屬熔池前，為了保證良好的表面質量，需要噴出的粉末已經混合均勻且呈霧狀。以上兩個難題都需要在粉末輸送過程 中給予解決，根據我們的輸送要求，這就要用到氣力輸送的相關原理。 氣力輸送基本概況 氣力輸送常稱固氣兩相流，是一種用空氣做載體，提供動力，在管中輸送粉末顆粒的辦法，工程中稱之為氣動傳輸。早在十九世紀，人們就嘗試用風扇驅動，通過管道來輸送木屑和谷物。二十世紀初期，用氣力輸送粉末體，受到工程界和研究者的普通重視。 FISCHERSTADT 于 1924 年首次提出了描述氣固兩相混合物在管道中流動的壓降理論。二十世紀中后期，粉體的氣力輸送技術得到了迅速的開發和利用。目前，對粉體物料進行氣力輸送，已成為涉及采礦、 冶金、制藥、食品等眾多領域的普遍方法。 物體氣力輸送有以下幾個優點： 工程學院畢業設計（論文） 第 17 頁，共 49 頁 1. 在設計上能充分利用空間，輸送方向靈活，效率高； 2. 輸送系統完全封閉，粉末飛揚和溢出少，可以實現環境衛生； 3. 大大減少了發生機械事故和粉塵燃燒與爆炸的可能性； 4. 易操作和實現自動化； 5. 對于化學性能不穩定的物料，可以采用惰性氣體輸送； 6. 在輸送過程中可同時實現多種工藝操作過程，如混合、干燥、粉碎、冷卻和化學反應； 7. 能避免被輸送物料的受潮、污損和混入其它雜物，從而保證了輸送質量； 粉末顆粒的料性對氣動運輸的影響 作為輸送對象的粉末材料，就整 體上看是一個連續體。粉末群所呈現的料性是由每個粉末顆粒具有的物理化學性能積累的結果，因此有必要考察一下粉末的一些重要料性，這對我們進行粉末輸送有很大幫助。 (1)粉末密度。粉末的密度是確定氣動工藝參數的重要依據，密度越大用于輸送的能耗就越大，對利用空氣動壓來實現傳輸，要提高輸送氣流的速度或減少粉末的供給量，對用利用空氣靜壓來實現輸送的，要提高輸送壓力，當然，密度增大，粉末容易與空氣分離。 (2)粉粒的形狀、大小和分布。粉粒的形狀對它的懸浮速度或沉降速度有較大的影響；同一粉末顆粒以求狀的懸浮速度最大；多角形的 摩擦阻力較大；表面凸起多的顆粒管壁碰撞時容易破碎和磨損管壁，此外還以吸濕，粉粒越細，越易結成塊；粉末中含有較多的細粉時，易粘結。通常，粉粒較大且粒度分布均勻的的粉末易于流動，易被輸送。粒度分布不均勻的粉末，不僅輸送壓力損失較大，且易堵塞。 (3)流態化能力。將空氣一定速度載入粉粒層，粉粒因受氣流包圍而彼此在氣流中運動。于是料層出現均勻膨脹，呈現出類似于流體可以流動的性質稱為流態化。粉末的流態化同它保留的充氣能力有關，且粉末在充氣流態化狀態下對氣動輸送影響很大 (4)含水量。粉末的含水量大小直接影響到輸送系統 的正常運轉。粉末含水工程學院畢業設計（論文） 第 18 頁，共 49 頁 量增加，除了易產生管腔粘附和堵塞，影響運輸能力，還易導致粉末流均勻性得不到保證。因此，一般粉末在是使用前都要進行干燥處理。 (5)摩擦角。它是表示粉粒靜止和運動的力學特性的物理量。與氣動輸送最用關的是顆粒與管腔之間的壁面摩擦角和顆粒之間的內摩擦角。 常見的氣力傳輸方式 物料在管道中的流動狀態實際上很復雜，主要隨氣流速度及氣流中所含的物料量和物料本身料性的不同而顯著變化。常見的兩種粉體氣力輸送方式為 :稀相輸送和密相輸送。 對于稀相輸送，被輸送粉體的質量流量與輸送氣體的質量流量之比 (簡稱為固氣比 )比較小 (通常在 kg/kg 范圍內 )，粉體顆粒間距較大，輸送氣體的壓力較低 (通常 0. 1 MPa)，輸送速度較大 (通常 1315m/s)。稀相輸送一般適用于被輸送粉體的質量和粒度較小、干燥和輸送距離不大的場合。密相輸送的固氣比通常在 15200kg 范圍內，輸送氣體的壓力較高 (例如可達 0. )，輸送速度較低 (一般為稀相輸選速度的一半左右 )，適用于輸送量較大，輸送距離較長的場合。盡管粉體的氣力輸送在工業上已得到了廣泛的應用，但對輸送系統的設計迄今仍以經驗為主 。粉體氣力輸送的一些基本問題，仍是需要進一步關注的研究課題。本章針對稀相粉體輸送中的一些問題，諸如被輸送粉體顆粒的運動速度及輸送氣體流速、輸送總壓降、輸送臨界速度、局部壓力損失等的計算作一介紹。 粉末顆粒群的沉降速度 在氣力輸送中，在管道中的物料不是單個粉粒，而是粉粒群。粉粒群在粉管截面上占據了一定的面積，使流通面積減小，粉粒周圍流體速度增大，其所受到的附加阻力增大，粉粒群沉降速度減小。俄國的烏斯賓斯基根據有限空間對自由沉降末速度的理論，測定了受管壁有限空間影響的粉末群懸浮速度 v 39。 。 ???????? ???????? 2stt Dd1vv ， ds 一粉粒群所占截面直徑 。 工程學院畢業設計（論文） 第 19 頁，共 49 頁 D 一粉管截面直徑 。 根據懸浮速度與自由沉降末速度大小相等，方向相反原理，可以認為粉末群的自由沉降速度等于 Vt。 單個粉粒的沉降速度是其在無限空間中的沉降運動。可以認為粉粒所在瞬時截平面的流體的平均速度一定，因而這個平均速度認為是粉末顆粒的沉降速度。 粉末顆粒群的沉降不僅受到流體阻力，還要受到其他顆粒的干擾阻力。這時沉降 (即懸浮 )速度值與顆粒群濃度有關，濃度大，則沉降速度減小。濃度相同時，顆粒越細，顆粒數目越多，一方面顆粒體表面積就越大、 阻力增大 。另一方面顆粒間摩擦、碰撞機會就越多，阻力增大、使沉降速度更為減小。所以顆粒群的干擾沉降速度，即顆粒群的懸浮速度比單顆粒的自由沉降速度小。 影響粉末顆粒群運動的因數 （ 1）粉粒形狀因素。本系統中，以拋物射出的粉末顆粒主要在管腔中垂直下落，但由于碰撞和彈射，顆粒的運動形式還存在懸浮運動。粉末顆粒的不規則形狀會對懸浮速度有較大影響，當然也影響粉末的沉降。在同類末顆粒中，以球形顆粒 (表面積最小 )沉降速度最大。 （ 2）粉粒群的濃度。輸送過程中，管腔中的粉末顆粒不是單個顆粒，而是粉末群，此時粉末群 的沉降不僅受到流體阻力，還受到其他顆粒的干擾阻力。這時，沉降與懸浮速度與粉粒群濃度有關。濃度大，沉降速度減小，濃度相同時，粉末顆粒愈細，顆粒數目愈多，同一方向粉末顆粒體表面積就越大，因此遇到的阻力就越大，必然影響沉降與懸浮運動。 （ 3）向使粉末顆粒分布均勻。然而碰撞的過程中產生了摩擦。碰撞粉木顆粒的碰撞與摩擦。碰撞和摩擦不可避免，由于希望達到粉末充分，分散的目的，在氣力輸送粉末沉降過程中，碰撞及其彈射是有益的，需要的，這樣可以在截面方的機會越多，摩擦的機會越多，有害阻力越大，使沉降速度更減小。 在設計前考 慮到空氣濕度對超細粉末的影響，在氣流進入送粉設備前對粉末進行干燥處理，為此，需要加入空氣過濾器，濾除空氣中的水、油等。另外，為調節送氣量的大小，需要加入一流量計，同時也便于控制不同送粉量的氣流量。 工程學院畢業設計（論文） 第 20 頁，共 49 頁 本章小結 本章介紹了激光熔覆的基本理論和氣動傳輸理論以及對傳輸過程中所要面臨的關鍵問題進行了分析，團聚和流動性差是超細粉末在輸送過程中的主要問題，分析了團聚形成的原因。給出看初步設計方案，送粉器首先要想辦法將團聚體打散并進行輸送，這里針對激光再制造較易實現的粉輪進行轉運并借助氣力進行分散。在充分調研的基礎 上，給出了鼓輪式結構的機械原理圖和控制系統框圖。并分析了鼓輪式結構的運行原理。工程學院畢業設計（論文） 第 21 頁，共 49 頁 3 送粉器的結構設計 粉輪的結構設計與計算 根據任務書的要求，送粉器的送粉量為 3170g/min 連續可調，送粉器的寬度為連續可調為 315mm。送粉器的結構如下圖所示，粉輪圓周上分布著 24 個小槽，每個小槽的體積 V=長高寬 = 7 1 8=28mm3 。查 表，取鎳基粉末的比重為 ，則可計算出算出粉輪在轉動一圈的過程中粉末的輸送量為 G=nvr =24 28 = 表 不同牌號的粉末比重 系列 牌號 比重 熔點（ ? C） 膨脹系數 典型硬度（ HRC） 規格目數 （粒度） 鎳基粉末 Ni25 1040 25 150 Ni35 1050 35 1