一种内孔激光熔覆废粉实时清理装置及清扫方法与流程

本发明属于先进制造技术领域，具体涉及一种内孔激光熔覆废粉实时清理装置及清理方法。

背景技术：

内孔激光熔覆技术是一种应用较为广泛的零件内表面增材制造、表面强化及修复方法。目前常见的有同轴送粉内壁激光熔覆方法和侧向送粉内壁激光熔覆方法，前者的粉末利用率一般为50%-80%，后者的粉末利用率一般为80%-95%。内壁激光熔覆时，这些浪费的粉末会在工件内孔中堆积，堆积至一定程度时废粉会流进激光熔池，使激光熔池受到污染，进而造成激光熔覆层质量不稳定，甚至严重时产生夹渣、气孔、开裂等缺陷。目前实际内孔激光熔覆生产中，为了解决此问题，往往采用间歇时熔覆生产的方法，即内孔熔覆一段时间后进行暂停，然后人工采用工具对工件内孔废粉进行清理，清理后继续进行内孔熔覆，如此循环直至工件全部完成内孔熔覆工作。该方法由于需要频繁的停机和人工清理，使生产过程不连续，严重影响内孔激光熔覆的生产效率，并且对于深孔零件的人工清理难度较大，清理不彻底也会造成激光熔覆层出现质量问题。

因此如何解决内孔激光熔覆生产过程中面临的废粉清理难题，是当前内孔激光熔覆技术产业化亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于内孔激光熔覆过程中的废粉实时清理装置及清理方法，通过创新设计的废粉清理装置，首创的在内孔激光熔覆过程中实现了不停机自动化实时清理堆积的废粉，避免了废粉对激光熔覆层造成不利影响，有效解决了目前内孔激光熔覆过程中频繁停机带来的生产线效率低下、自动化程度不高以及熔覆质量不稳定等一系列问题，具有广阔的推广应用前景。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种内孔激光熔覆废粉实时清理装置，包括：空气压缩机1、气体流量表2、第一软管3、第二软管4、进气管5、扫粉座7和扫粉嘴9，所述气体流量表2通过第一软管3连接于所述空气压缩机1，所述气体流量表2通过第二软管4连接于所述进气管5，所述进气管5连接于所述扫粉座7，所述扫粉嘴9连接于所述扫粉座7，所述进气管5和扫粉嘴9通过所述扫粉座7连通，所述扫粉座7安装于内孔激光熔覆装置上。

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆废粉实时清理装置，其中还包括有进气管接头14和锁紧螺母15，所述扫粉座7的内部布置有内部流道13，所述进气管5通过进气管接头14连接于内部流道13的进粉口，所述扫粉嘴9通过锁紧螺母15连接于内部流道13的出粉口，所述进气管5和扫粉嘴9通过所述内部流道13连通。

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆废粉实时清理装置，其中所述内部流道13在其出粉口形成扫粉嘴安装通道，所述扫粉嘴9通过密封圈安装于所述扫粉嘴安装通道内，并通过锁紧螺母15进行锁紧固定，且所述扫粉嘴9可在扫粉嘴安装通道内进行上下滑动和旋转，上下滑动最大行程为60mm，旋转角度范围为0-360°。

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆废粉实时清理装置，其中所述扫粉嘴9的下端形成弯曲结构，且弯曲结构的轴线与水平面的夹角为0°-60°，优选的为30°-45°。

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆废粉实时清理装置，其中所述扫粉座7固定于内孔激光熔覆装置中内孔熔覆头6的面向废粉8的一侧。

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆废粉实时清理装置，其中所述空气压缩机提供0.1-0.8mpa的压缩空气，所述气体流量表的流量调节范围为0.1-20l/min。

一种基于本发明所述内孔激光熔覆废粉实时清理装置进行的内孔激光熔覆过程中废粉实时清理方法，包括以下步骤：

步骤一、将扫粉座7固定在内孔熔覆头6面向废粉8的一侧；

步骤二、将扫粉嘴9旋转一定角度，使其指向待熔覆的内孔工件10的端口，并调节扫粉嘴9在扫粉座7中的上下行程，使其位于内孔工件10的表面上方一定距离处，调节完成后拧紧锁紧螺母15，使扫粉嘴9固定；

步骤三、开启空气压缩机1，并设定好气体压力；

步骤四、设定气体流量表2的流量，压缩空气将按照设定流量通过扫粉嘴9吹出；

步骤五、开启内孔熔覆头6对内孔工件10进行熔覆作业，利用扫粉嘴9吹出的扫粉气流及时吹扫清理熔覆过程中产生的废粉。

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆过程中废粉实时清理方法，其中步骤二中，所述扫粉嘴9的旋转角度与内孔工件10的轴线平行，所述扫粉嘴9的下端与内孔工件10的内表面之间的距离为1-6mm。

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆过程中废粉实时清理方法，其中步骤三中，所述空气压缩机设定的气体压力范围为0.1-0.8mpa，优选的为0.4-0.6mmpa。

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆过程中废粉实时清理方法，其中步骤四中，所述气体流量表设定的流量范围为0.1-20l/min，优选的为3-8l/min。

通过本发明的技术方案至少能够达到以下有益效果：

1）采用廉价易得的压缩空气对内孔激光熔覆过程中的废粉进行清扫，可以实现在线实时清扫，使内孔激光熔覆过程实现不间断、自动化过程，避免了手动清扫带来的时间浪费问题。按照4kw同轴内孔激光熔覆设备70%的粉末利用率计算，一般每熔覆10分钟就需要暂停进行手工清扫，清扫耗时3分钟。因此与现有手工清扫废粉的方法相比，本发明可节省内孔激光熔覆生产时间30%。

2）本发明采用压力和流量可调的压缩空气作为动力对内孔激光熔覆过程中的废粉进行清扫，并且扫粉嘴的吹扫角度与工件内壁之间的距离可调，可通过调试使本发明适应不同直径、不同长度以及不同种类的内孔激光熔覆材料和工艺，并且对废粉清扫彻底，解决了目前手工清扫不彻底造成的内孔激光熔覆层质量不稳定的问题。

3)综上所述，本发明所述方案采用压力和流量可调的压缩空气作为动力对内孔激光熔覆过程中的废粉进行清扫，可以实现在线实时清扫废粉，并且扫粉嘴的吹扫角度和与工件内壁之间的距离可调，可满足不同的工况，解决了目前手工清扫方法存在的频繁停机和生产过程不连续难题、内孔激光熔覆生产效率低下的难题、以及手工清理不彻底造成激光熔覆层质量不稳定的难题。本发明可广泛应用于各类零件的内孔激光熔覆，具有废粉在线实时清扫、清扫彻底的优势。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明所述内孔激光熔覆废粉实时清理装置的结构示意图；

图2为附图1的部分放大结构示意图；

图3为本发明所述废粉实时清理装置的截面图。

图中各附图标记的含义如下：

1.空气压缩机，2.气体流量计，3.第一软管，4.第二软管，5.进气管，6.内孔熔覆头，7.扫粉座，8.废粉，9.扫粉嘴，10.内孔工件，11.工件旋转方向，12.吹扫气流，13.内部流道，14.气管接头，15.锁紧螺母，16.气流流向。

具体实施方式

以下对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。

如附图1、附图2和附图3所示，本发明所述的内孔激光熔覆废粉实时清理装置如附图1、附图2和附图3所示，包括空气压缩机1、气体流量表2、第一软管3、第二软管4、进气管5、扫粉座7、扫粉嘴9、进气管接头14和锁紧螺母15。所述空气压缩机1为本装置提高压缩气源，所述气体流量表2分别通过第一软管3和第二软管4与空气压缩机1和进气管5连接，气体流量表2可调节本装置中的压缩气体流量，所述进气管5通过进气管接头14连接于扫粉座7上，所述扫粉座7固定在内孔熔覆头6面向废粉8的一侧，优选的为内孔熔覆头6面向熔覆上游的一侧，并且扫粉座7内部布置有内部流道13，所述扫粉嘴9安装在扫粉座7的下方，并通过锁紧螺母15与扫粉座7固定连接，所述内部流道13一端连通于所述进气管5，另一端连通于所述扫粉嘴9，所述扫粉嘴9的下端为弯曲结构，弯曲结构的轴线与水平面呈一定夹角。

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆废粉实时清理装置，其中所述空气压缩机1可为本装置提供0.1-0.8mpa的压缩空气，优选的为0.4-0.6mpa；其中所述气体流量表2的调节范围为0.1-20l/min，优选的为3-8l/min；所述扫粉座7在其内部流道13出粉口形成扫粉嘴安装通道，所述扫粉嘴9可在扫粉嘴安装通道内进行上下滑动和旋转，扫粉嘴上下滑动的最大行程为60mm，并可进行360°旋转，且所述扫粉嘴9通过密封圈安装于扫粉嘴安装通道内，实现与扫粉座7密封连接，并通过锁紧螺母15锁紧固定于扫粉座7上，其中所述扫粉嘴9的下端弯曲结构的轴线与水平面的夹角为0°-60°，优选的为30°-45°。

本发明进一步基于上述内孔激光熔覆废粉实时清理装置，提出一种全新的内孔激光熔覆过程中废粉实时清理方法，所述方法具体包括如下过程：

步骤一、将扫粉座7固定在内孔熔覆头6面向废粉8的一侧；

步骤二、将扫粉嘴9旋转一定角度，使其指向内孔工件10的端口，并调节扫粉嘴9在扫粉座7中的上下行程，使其位于内孔工件10的表面上方一定距离处，调节完成后拧紧锁紧螺母15，使扫粉嘴9固定；

步骤三、开启空气压缩机1，并设定好气体压力；

步骤四、设定气体流量表2的流量，压缩空气将按照设定的流量以气体流向16所示的方向通过扫粉嘴9吹出；

步骤五、开启内孔熔覆头6，并使内孔工件10按照工件旋转方向11进行熔覆作业，由于内孔工件10旋转方向的原因，熔覆过程中多余的废粉8将会在内孔工件10的一侧堆积，当堆积量较多时会流向内孔工件10的最底部，而流向最底部时需要经过扫粉气流12，从而会被扫粉气流12吹向内孔工件10的端口，使废粉8不会影响内孔熔覆作业。

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆过程中的废粉实时清理方法，其中步骤二中，所述扫粉嘴9的旋转角度与内孔工件10的轴线平行，所述扫粉嘴9的下端与内孔工件10的内表面距离范围为1-6mm，优选的为2-4mm；

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆过程中的废粉实时清理方法，其中步骤三中，空气压缩机1所设定压力范围为0.1-0.8mpa，优选的为0.4-0.6mmpa;

进一步的根据本发明所述的内孔激光熔覆过程中的废粉实时清理方法，其中步骤四中，气体流量表2所设定的流量范围为0.1-20l/min，优选的为3-8l/min。

本发明提供的上述内孔激光熔覆过程中的废粉实时清理方法采用压力和流量可调的压缩空气作为动力对内孔激光熔覆过程中的废粉进行清扫，可以实现在线实时清扫废粉，并且扫粉嘴的吹扫角度与工件内壁之间的距离可调，可满足不同的工况，解决了目前手工清扫方法存在的频繁停机和生产过程不连续难题、内孔激光熔覆的生产效率低下难题、以及手工清理不彻底造成激光熔覆层质量不稳定的难题。本发明可广泛应用于各类零件的内孔激光熔覆，具有废粉在线实时清扫、清扫彻底的优势。

实施例1

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明。

本实施例为液压支架油缸（后称油缸）内表面激光熔覆过程的废粉清理，油缸内径300mm，内孔深度2000mm，内表面面积为1.88㎡，油缸为盲孔结构；本实施例中采用同轴送粉激光熔覆技术，该熔覆技术的熔覆效率为0.2㎡/h，粉末利用率为70%，其余30%的粉末未被融化从而抛洒在油缸内壁形成废粉，熔覆时油缸按照顺时针旋转，本发明所述的废粉清理装置安装于内孔熔覆头的左侧。

本实施例的具体过程为：

1）将扫粉嘴9旋转一定角度，使其指向内孔工件10的端口，并且与内孔工件10的轴线平行，同时调节扫粉嘴9的上下行程，使其位于内孔工件10的表面上方，距离内孔工件内表面2mm，调节完成后拧紧锁紧螺母15，使扫粉嘴9固定；

2）开启空气压缩机1，设定气体压力为0.4mpa；

3）调节气体流量表2的流量为5l/min，压缩空气将按照设定的流量以气体流向16所示的方向通过扫粉嘴9吹出；

4）开启内孔熔覆头6，并使内孔工件10按照工件旋转方向11进行熔覆作业，由于内孔工件10旋转方向的原因，熔覆过程中多余的废粉8将会在内孔工件10的一侧堆积，当堆积量较多时会流向内孔工件10的最底部，而流向最底部时需要经过扫粉气流12，因此会被扫粉气流12吹向内孔工件10的端口，使废粉8不会影响内孔熔覆作业。

5）熔覆工作进行9.4h后完成，期间废粉清理装置一直处于运行状态，被本装置清扫的废粉实时的从内孔工件端口流出。

通过本实施例的方案，在该油缸进行内孔激光熔覆作业的过程中，实时的将熔覆过程中产生的废粉彻底清扫出熔覆区域，使油缸的内孔激光熔覆过程实现连续作业，实现内孔激光熔覆过程在线自动化清理废粉。而采用采用目前手工清理废粉方法时，该油缸的内孔激光熔覆作业每进行10分钟就需要暂停作业手工清理一次，手工清理一次的时间为3分钟，整个，熔覆完整个油缸所需的时间为12.22h，时长增加了30%，且由于油缸内孔较深，清理内孔深处的废粉时手工很难清理干净，致使熔覆层会出现夹渣、气孔及开裂等缺陷。而本实施例中油缸的内孔激光熔覆总时长由上述手工清理废粉方法的12.22h缩短至9.4h，节省时间30%，且整个内壁熔覆层质量稳定无缺陷，完全满足油缸内壁激光熔覆需求。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。