为了难满足激光快速制造的要求,综合机械设计的相关理论和计算机数字控制技术,设计并试制了三维同轴送粉工作头。由于原数控系统是非开放性的,不宜直接在原有系统上进行二次开发,考虑到现有条件,采用单片机控制二步进电机以实现送粉头能绕Z轴转动和绕水平轴转动,加上原有数控系统的在Z轴方向上的运动配合使送粉工作头具有三维空间工作能力,它克服了普通送粉头工作空间的限制,同时还具有粉末流束焦点可调功能。此工作头用于激光快速制造能制造出轴瓦类、螺杆类、电力行业所需发动机叶片等零件。用于激光涂敷可以完成形状较复杂零件的表面修复等。此三维送粉头实现的转角大,具有全方向性。Z轴转角:0°—360°;水平轴转角:-90°—+90°。聚焦方式:透镜/反射聚焦;送粉方式:载气式/非载气式。 在激光熔覆中激光束与材料交互作用的理论部分分析了激光熔覆过程中的能量、激光热处理过程中热吸收系数理论预测、粉末颗粒温升的数学模型、动点热源持续加热温度场模型、潜热对激光涂覆过程中温度场的影响。 运用试制的三维送粉头做激光再制造轴瓦类零件实验,实验结果验证了三维送粉工作头的设计功能,通过实验结果分析了以硬化层分布均匀性最佳为依据的P-v匹配。工业应用实验进行了导套激光三维再制造,分析激光熔覆与合金化层的缺陷产生及防止。为工业推广应用提供了有力的依据。为进一步发展激光再制造技术奠定了良好的基础。 激光再制造是一门高精尖的技术,本文仅对其中三维同轴送粉工作头进行了初步研究,但还有许多问题需要解决,如适合激光再制造的新型送粉器的研制,激光再制造过程中的多轴联动,智能监控系统等。这些技术结合三维同轴送粉技术就可以实现较好的激光再制造,为企业赢得效益,推动社会经济发展。