用于激光材料加工的装置的粉末喷嘴、容纳单元和加工头部的制作方法

文档序号:11159722阅读:887来源:国知局
用于激光材料加工的装置的粉末喷嘴、容纳单元和加工头部的制造方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于激光材料加工的装置的粉末喷嘴、根据权利要求5的前序部分的用于激光材料加工的装置的粉末喷嘴的容纳单元和带有权利要求10的特征的用于激光材料加工的装置的加工头部。



背景技术:

激光材料加工能够尤其实施为利用粉末的激光射束堆焊。这种方法例如在许多领域如例如工具制造、模具制造、传动机构制造和机械制造中用于维护(Instantsetzung)、防磨损和防腐蚀。在此利用激光射束在结构部件上产生熔斑并且通过粉末喷嘴将由附加原料制成的粉末输送给熔斑。经输送的粉末此后同样熔化并且与结构部件的熔化的基本原料复合。通过由激光和粉末喷嘴构成的单元在结构部件之上的运动产生所谓的堆焊焊道。各个堆焊焊道能够如下密地彼此并排,使得在结构部件上出现闭合的覆层,所述覆层能够为了提高表面品质进行再加工。

在此使用的粉末喷嘴经受高的温度并且由于穿过所述粉末喷嘴来输送的粉末而经受磨损。此外,完全或部分熔化的粉末会(所述粉末从结构部件处弹回)附着在粉末喷嘴处。所述附着必须定期去除,以便保证不堵塞粉末供应地无缺陷地运行。因此用于激光材料加工的、尤其用于以粉末进行激光射束堆焊的装置的粉末喷嘴必须实施成可更换的。

在文件DE 10 2005 058 172 B4中描述用于以激光射束堆焊的形式的激光材料加工的装置。装置具有带有射束通过通道的粉末喷嘴。射束通过通道具有射束输入开口和在轴向方向上对置的射束输出开口。粉末喷嘴此外具有容纳轴颈,在所述容纳轴颈处构造有射束输入开口并且借助于所述容纳轴颈实现固定或保持粉末喷嘴。为了固定粉末喷嘴,除了环绕的凹槽之外的柱形的插入区域插入到没有更详细地示出的、空心柱形的容纳套筒中。容纳套筒在其周缘处分布地具有多个钻孔,埋头螺纹紧固件能够旋入到所述钻孔中。钻孔的位置如下来选取,使得在插入的粉末喷嘴的情况下,埋头螺纹紧固件在旋入时沉入到凹槽中并且由此将粉末喷嘴相对于容纳套筒来固定。在拆卸粉末喷嘴时埋头螺纹紧固件必须松开并且能够脱落。在安装粉末套筒时所述粉末套筒必须被置于到正确的轴向位置或插入位置中并且在该处保持。只有这时才能够旋入埋头螺纹紧固件。

在文件DE 10 2005 058 172 B4中描述的装置中,由容纳轴颈和容纳套筒构成的配对在整个插入深度上用作粉末喷嘴的定心部。因为由此在整个插入深度上需要紧密的配合,故定心部对于污染而言是非常敏感的。已经小的污染会导致容纳轴颈在容纳套筒中的卡住。



技术实现要素:

与此相对地,本发明的任务是,提出粉末喷嘴、用于粉末喷嘴的容纳单元和加工头部以用于激光材料加工的装置,其实现简单地更换粉末喷嘴。根据本发明,所述任务利用带有权利要求1的特征的粉末喷嘴、带有权利要求5的特征的容纳单元和带有权利要求10的特征的加工头部来解决。

根据本发明的用于激光材料加工的装置的粉末喷嘴具有射束通过通道,所述射束通过通道具有射束输入开口和在轴向方向上对置的射束输出开口。在装置运行中,激光射束通过射束输入开口进入到射束通过通道中并且在所述激光射束碰到待加工的工件上之前通过射束输入开口离开所述射束通过通道。粉末喷嘴此外具有容纳轴颈,在所述容纳轴颈处构造有射束输入开口。借助于容纳轴颈实现将粉末喷嘴固定或保持尤其在用于激光材料加工的装置的容纳单元的容纳套筒中。

根据本发明,容纳轴颈如下实施,使得容纳轴颈在朝着射束输入开口的方向布置的插入区域中的外轮廓朝着射束输入开口的方向单调地逐渐变细。由此粉末喷嘴能够在使用时到如下程度地插入到容纳套筒中,直到容纳轴颈的外轮廓与容纳套筒的相对应的内轮廓到达贴靠并且粉末喷嘴由此不能够进一步推入。在所述位置中,粉末喷嘴由此轴向和径向地相对于容纳套筒以及由此相对于容纳单元明确地固定并且能够通过合适的固定器件固定。由此粉末喷嘴能够特别简单地在容纳单元中固定在正确的位置处。此外,通过逐渐变细获得非常小的易受污染性。

“单调地逐渐变细”就此而言应该理解成,外轮廓逐渐变细,而横截面朝着射束输入开口的方向没有又变大。横截面在此也能够在区段中保持相同。“插入区域”应该就此而言理解成如下区域,所述区域沉入到容纳套筒中。

粉末喷嘴尤其用在以粉末进行激光射束堆焊中。但在其它激光材料加工、如例如激光切割或激光焊接中的使用同样可行。在这些情况中没有粉末被引导通过粉末喷嘴。

在本发明的设计方案中,容纳轴颈的插入区域具有圆状的横截面,所述横截面基于描述的、插入区域的逐渐变细而在轴向方向上改变。提及的横截面作为横向于轴向方向通过插入区域的剖面得出,插入区域由此关于轴向方向旋转对称。插入区域由此至少区段地实施成锥状。由此,插入区域和由此容纳轴颈能够特别简单地通过车削加工来制造。这尤其当粉末喷嘴的整个外轮廓实施成旋转对称时适用。

粉末喷嘴通常不必相对于容纳套筒以一定的角度位置来安装。然而,如果出于某种原因确实需要以一定的角度位置来置入,则粉末喷嘴和容纳套筒能够具有凹槽和相对应的突起部以用于定位。

在本发明的设计方案中,容纳轴颈的插入区域的外轮廓具有在2和8°之间的逐渐变细角度。由此当粉末喷嘴插入到相对应的容纳套筒中时尤其实现自锁。这尤其在插入和固定粉末喷嘴时是有利的。所述粉末喷嘴能够由此被置于到正确的位置中并且留在其中,即使没有固定保持所述粉末喷嘴。由此,人们能够用两只手用于真正地锁定或固定。由此,以插入区域的锥状的实施方案的容纳即使在如下粉末喷嘴的情况下也提供优点,所述粉末喷嘴不必旋转并且容纳也相反于用于旋转的工具的、如例如铣刀或钻头的容纳而不必承受工具力。

逐渐变细角度在此在插入区域的逐渐变细的区段和轴向方向之间形成。

在本发明的设计方案中,容纳轴颈的插入区域朝着射束输出开口的方向由扩大部限制,力通过所述扩大部能够朝着射束输出开口的方向导入。由此能够以简单的方式在取下粉末喷嘴时将力施加到粉末喷嘴上。扩大部尤其实施为环绕的轴带(Bund),所述轴带没有例如用于粉末或冷却液的接头。扩大部尤其朝着射束输出开口的方向又减小,从而粉末喷嘴没有过多材料和由此质量。

提及的任务还通过用于激光材料加工的装置的粉末喷嘴的带有容纳套筒的容纳单元来解决。容纳套筒具有容纳空间,所述容纳空间带有插入开口和在轴向方向上对置的过渡开口。容纳空间设置用于在插入方向上容纳粉末喷嘴的容纳轴颈的插入区域。在此,容纳套筒的内轮廓至少在一区段中朝着过渡开口的方向逐渐变细。由此粉末喷嘴能够如已经上面描述的那样特别简单地固定在容纳单元中。插入方向在此平行于上面描述的轴向方向伸延并且从插入开口向过渡开口取向。在装置运行中,激光射束通过过渡开口进入到容纳套筒中并且通过插入开口离开所述容纳套筒。

根据本发明,在容纳套筒的插入开口的区域中布置有夹紧螺母,所述夹紧螺母能够相对于容纳套筒朝着插入方向并且相反于插入方向移位。在容纳套筒之内布置有夹紧套筒。夹紧螺母具有内倾斜部并且夹紧套筒具有外倾斜部,其如下来实施和布置,使得在夹紧螺母朝着夹紧方向移位时夹紧套筒横向于插入方向被挤压并且在此固定插入到夹紧套筒中的粉末喷嘴。尤其容纳套筒具有外螺纹并且夹紧螺母具有相对应的内螺纹。由此保证粉末喷嘴特别简单地并且可靠地固定在容纳开口中。通过简单地拧紧仅仅一个夹紧螺母能够实现可靠地固定粉末喷嘴。夹紧方向尤其相应于插入方向。夹紧螺母能够在其周缘处具有钻孔或平的面,通过所述钻孔或平的面能够放置工具以用于拧紧或松开夹紧螺母。

在本发明的设计方案中,夹紧套筒实施为开缝的套筒。缝在此尤其在轴向方向上伸延。夹紧套筒例如能够具有4个或更多缝。这样的夹紧套筒能够良好地被挤压,这允许可靠地固定粉末喷嘴。此外,能够简单地且成本有利地制造这样的夹紧套筒。

在本发明的设计方案中,夹紧套筒具有外螺纹并且容纳套筒具有内螺纹,借助于其使得夹紧套筒能够与容纳套筒连接。夹紧套筒的外螺纹在此尤其布置在其朝着容纳套筒的过渡开口的方向取向的端部处。由此实现夹紧套筒简单地并且可靠地固定在容纳套筒中。

在本发明的设计方案中,容纳套筒的外螺纹和内螺纹具有不同的转动方向。由此可靠地防止,在松开夹紧螺母时同时也松开在夹紧套筒和容纳套筒之间的连接。在拧紧夹紧螺母时同样不会松开在夹紧套筒和容纳套筒之间的连接,因为夹紧套筒通过提及的倾斜部不是仅仅被挤压,而是所述夹紧套筒也被加载有朝着过渡开口的方向的力。外螺纹尤其实施为右旋螺纹并且内螺纹实施为左旋螺纹。

提及的任务还通过用于激光材料加工的装置的如下的加工头部来解决,所述加工头部具有带有上面描述的特征的粉末喷嘴和容纳单元。

在本发明的设计方案中,粉末喷嘴具有扩大部并且容纳单元具有带有推出倾斜部的夹紧螺母。其如下来实施和布置,使得在夹紧螺母相对于插入套筒相反于插入方向移位时粉末喷嘴同样相反于插入方向移位。由此,在夹紧螺母相反于插入方向移位时、也就是说尤其在夹紧螺母通过推出倾斜部和扩大部来松开或转上时,力相反于插入方向施加到粉末喷嘴上。利用所述力能够克服当前的自锁并且使得粉末喷嘴简单地且受控地从容纳套筒中推出。

附图说明

本发明的另外的优点、特征和细节按照实施例的下面的描述以及按照附图得知,在所述附图中相同的或功能相同的元件设有一致的附图标记。

在此:

图1示出用于以粉末进行激光射束堆焊的装置的粉末喷嘴的侧视图,

图2示出源自图1的粉末喷嘴的前视图,以及

图3示出通过用于以粉末进行激光射束堆焊的装置的带有粉末喷嘴和容纳单元的加工头部的剖面。

具体实施方式

根据图1,用于没有进一步示出的用于以粉末进行激光射束堆焊的装置的粉末喷嘴10具有容纳轴颈11和头部部件12。粉末喷嘴10的外轮廓关于轴向方向13旋转对称地来实施。整个容纳轴颈11由此横向于轴向方向13具有圆状的横截面。粉末喷嘴10通过容纳轴颈11能够固定在仅仅在图3中示出的容纳套筒25中并且由此粉末喷嘴10得到保持。对此,粉末喷嘴10能够在插入方向14上(所述插入方向平行于轴向方向13伸延)插入到容纳套筒25中。

头部部件12相反于插入方向14地联接到容纳轴颈11处。在用于以粉末进行激光射束堆焊的装置运行中,激光射束通过在容纳轴颈11处的射束输入开口23(参见图3)进入到粉末喷嘴10的放射通过通道24(参见图3)中并且通过在头部部件12处的射束输出开口21(参见图2和3)离开粉末喷嘴10,以便在待加工的工件上产生所谓的熔斑。射束输入开口23和射束输出开口21、以及放射通过通道24在图1中没有示出。以粉末形式通过三个在头部部件12处没有示出的接头来输送的附加原料通过在头部部件12处总共三个粉末输出开口15排出,其中,在图1中可见仅仅一个粉末输出开口15。粉末输出开口15如下来布置,使得粉末输送到在待加工的工件上的熔斑中。

容纳轴颈11具有三个不同的区域。所述容纳轴颈具有插入区域16,所述插入区域含有射束输入开口23并且由此在射束输入开口23的方向上布置。在插入到容纳套筒25中时,容纳轴颈11的插入区域16沉入到容纳套筒25中。扩大部17相反于插入方向14并且由此朝着射束输出开口21的方向联接到插入区域16处。在扩大部17的区域中,容纳轴颈11的直径通过倾斜部强烈地提高,其中,也实现突变的直径提高。过渡区域18联接到扩大部17处,所述过渡区域在头部部件12处结束。在过渡区域18中,容纳轴颈11的直径连续地下降,其中,如在图3中示出的那样,其它直径伸延也是可行的。头部部件12同样具有带有不同的直径伸延的多个区域。头部部件12的结构在此然而不进一步研究,从而放弃详细地描述头部部件12。

容纳轴颈11的插入区域16的外轮廓实施成非柱状,而是单调地(monoton)朝着插入方向14并且由此朝着射束输入开口23的方向逐渐逐渐变细。逐渐逐渐变细角度α(其在插入区域16的外轮廓和轴向方向13之间形成)在图1中示出的粉末喷嘴10的情况下为3°。逐渐变细角度也可以在2°和8°之间。其由此如下来选取,使得在容纳轴颈11插入到相对应的容纳套筒中时出现自锁。

容纳轴颈11的插入区域16例如能够具有在20和50mm之间的直径并且头部区域12能够具有在40和70mm之间的最大直径。粉末喷嘴10的总长度例如能够在60和90mm之间。

在粉末喷嘴10的在图2中示出的前视图中仅仅能够看出头部部件12。头部部件12如整个粉末喷嘴10那样具有带有圆状的直径的外轮廓。在头部部件12处在中间布置有射束输出开口21,在装置运行中激光射束从喷嘴头部10中从所述射束输出开口中排出。围绕射束输出开口21均匀分布地布置有三个粉末输出开口15。

根据图3,用于以粉末进行激光射束堆焊的装置的加工头部22具有粉末喷嘴10,所述粉末喷嘴原则上与在图1中的粉末喷嘴10相同地构造。在头部部件12处构造有射束输出开口21。在容纳轴颈11的插入区域16处构造有射束输入开口23。在射束输入开口23和射束输出开口21之间延伸有相反于插入方向14连续变窄的射束通过通道24。射束输入开口23和射束输出开口21由此在轴向方向13上对置地布置。容纳轴颈11的插入区域16如关于图1描述的那样单调地朝着射束输入开口23的方向逐渐变细。

加工头部22此外具有插入套筒25,所述插入套筒主要实施成空心柱形并且由此构造出带有插入开口27的容纳空间26,粉末喷嘴10能够插入到所述插入开口中。在轴向方向13上对置地,插入套筒25具有过渡开口28,在装置运行中激光射束通过所述过渡开口进入到容纳套筒25中,所述激光射束通过插入开口27又离开所述容纳套筒。容纳套筒25的内轮廓在如下区域中逐渐变细,容纳轴颈11的插入区域16连续地朝着过渡开口28的方向沉入到所述区域中。容纳套筒25的内轮廓的逐渐变细在此与容纳轴颈11的插入区域16的外轮廓的逐渐变细相对应。

在容纳套筒25和容纳轴颈11的插入区域16之间布置有开缝的夹紧套筒29。夹紧套筒29主要具有空心锥形的基本形状,其朝着插入开口27的方向扩大。所述夹紧套筒具有总共4个缝,所述缝在插入方向14上伸延。夹紧套筒29朝着过渡开口28的方向具有外螺纹30。通过所述外螺纹30和容纳套筒25的相对应的内螺纹31使得夹紧套筒29与容纳套筒25连接。这两个提及的螺纹30、31实施为左旋螺纹。

容纳套筒25在插入开口27的区域中此外具有外螺纹32,所述外螺纹与夹紧螺母34的内螺纹33共同作用。通过外螺纹32和内螺纹33能够使得夹紧螺母34旋上到容纳套筒25上和从容纳套筒25旋下并且由此沿着和相反于插入方向14相对于容纳套筒25来移位。这两个提及的螺纹32、33实施为右旋螺纹。为了如有可能能够将更高的转矩导入到夹紧螺母34中,在其周缘处分布地布置有多个钻孔35。

夹紧螺母34此外相反于插入方向14偏置地具有环绕的平的内倾斜部36。内倾斜部36如下来实施,使得内直径朝着插入方向14增加。夹紧螺母34的内倾斜部36与夹紧套筒29的相对应的外倾斜部37共同作用。在夹紧螺母34转上到容纳套筒25上时、也就是说在夹紧螺母34朝着夹紧方向移位时(所述夹紧方向相应于插入方向14),力由此通过内倾斜部36和外倾斜部37向内作用于夹紧套筒29,所述力将夹紧套筒29横向于插入方向14挤压并且由此使得容纳轴颈11的插入区域16和由此整个粉末喷嘴10固定在容纳套筒25中。容纳套筒25、夹紧套筒29和夹紧螺母34由此形成用于粉末喷嘴10的容纳单元39。

夹紧螺母34此外具有平的推出倾斜部38,所述推出倾斜部布置在其对置于过渡开口28的端部处。推出倾斜部38在插入方向14上向内倾斜。夹紧螺母34的推出倾斜部38如下来实施,使得所述推出倾斜部在夹紧螺母34从容纳套筒25旋下时到达贴靠在粉末喷嘴10的容纳柄杆11的扩大部17处并且使得粉末喷嘴10由此同样相反于插入方向14移位。

由容纳套筒25、夹紧套筒29和夹紧螺母34形成的容纳单元39和粉末喷嘴10由此形成用于以粉末进行激光射束堆焊的装置的加工头部22。

粉末喷嘴10的装配和拆卸由此如下进行。

在装配粉末喷嘴10时,其如下程度地插入到容纳套筒25中,直到粉末喷嘴10的容纳柄杆11的插入区域16的外轮廓与夹紧套筒29的内轮廓到达贴靠。由此实现粉末喷嘴10的轴向的和径向的定位。基于描述的在粉末喷嘴10和容纳套筒或夹紧套筒25、29之间的自锁使得粉末喷嘴10留在调整的位置中,而所述粉末喷嘴不必保持。接下来,夹紧螺母34旋上到容纳套筒25上并且由此如描述的那样挤压夹紧套筒29和固定粉末喷嘴10。由此粉末喷嘴10的装配除了联接另外的供应线路之外结束。

为了拆卸粉末喷嘴10,夹紧螺母34从容纳套筒25旋下并且由此同时粉末喷嘴10如描述的那样从容纳套筒25中推出。

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