粉体熔敷喷嘴的制作方法

文档序号:9745596阅读:405来源:国知局
粉体熔敷喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及粉体烙敷喷嘴,特别是设及在对被加工物形成烙敷层(cladding layer :堆焊层)的激光烙敷加工中使用的粉体烙敷喷嘴。
【背景技术】
[0002] W往,为了提高发动机用气缸盖的气口座的耐久性且提高其设计自由度,公知有 如下的激光加工:一边对该气口座供给例如粉体(粉末)状的烙敷材料一边照射激光,通过 使气口座和激光相对旋转来形成烙敷层(堆焊层)。该激光加工是一般被称为激光烙敷加 工的如下的技术:相对于已进行了发动机的燃烧室所需要的机械加工、例如气口孔形成加 工等的气缸盖,向其应当成为气口座的区域供给由铜合金等构成的具有耐磨性的粉体状的 烙敷材料并执行激光照射,最终形成应当成为气口座的环状的烙敷层、即烙敷焊道部。
[0003] 在上述的激光烙敷加工中,一般采用使激光通过并且从该激光的周围排出粉末金 属的双重管构造的同轴喷嘴(粉体烙敷喷嘴),作为运种W往的粉体烙敷喷嘴,公知有图5 所示的粉末金属烙敷喷嘴(专利文献1)。
[0004] 图5所示的W往的粉末金属烙敷喷嘴由圆柱状的主体部A和与主体部A呈同轴状 地结合的喷嘴部B构成。主体部A具备外侧部件C和嵌入外侧部件C的中央空间的内侧部 件D,在外侧部件C与内侧部件D之间形成填充惰性气体的圆环状的气体填充空间E、W及 填充运载气体和粉末金属的粉末金属填充空间F。在该粉末金属填充空间F开设有多个供 给路G,粉末金属填充空间F通过分割部I分割成与各个供给路G对应的填充区域。另外, 在粉末金属填充空间F的底部,沿着底部的圆周W与轴线L平行地在外侧部件C的下面开 口的方式形成有将粉末金属向喷嘴部B引导的多个引导孔J。喷嘴部B由与主体部A结合 的外侧喷嘴部件S和内嵌于外侧喷嘴部件S的内侧喷嘴部件T构成,在外侧喷嘴部件S与 内侧喷嘴部件T之间,设置有与形成于主体部A的引导孔J连通的多个粉末金属的排出通 路N,且该粉末金属的排出通路N在喷嘴部B的排出口 Q开口。另外,在内侧喷嘴部T的内 部形成有与主体部A的内侧部件D的中央空间连通的供激光R通过的激光通路K,激光通路 K在内侧喷嘴部件T的前端开口而形成照射口 M。 阳〇化]上述的粉末金属烙敷喷嘴与激光加工头的激光产生装置结合,主体部A的粉末金 属的供给路G经由供给管与粉末金属供给源(也称为送料器)连接。在该粉末金属烙敷喷 嘴中,从连接于主体部A的上方的激光产生装置射出的激光R,经过激光通路K从照射口 Μ 向被加工物的加工部位W照射。另一方面,从送料器同运载气体一起经由供给管向粉末金 属的供给路G供给的粉末金属Ρ被等分地向粉末金属填充空间F的由分割部I划分的各个 填充区域填充。填充的粉末金属Ρ经过引导孔J与排出通路Ν从排出口 Q向加工部位W的 周边排出,被排出后的粉末金属Ρ借助激光R烙融从而在加工部位W形成烙敷层。
[0006] 在运样的W往的粉末金属烙敷喷嘴中,形成于主体部A的粉末金属填充空间F由 分割部I划分成为与供给路G对应,因此能够从圆周状的排出口 Q的与各个填充区域对应 的范围均等地排出粉末金属P。
[0007] 专利文献1 :日本特开2005-219060号公报
[0008] 然而,在上述的W往的粉末金属烙敷喷嘴中,形成粉末金属的排出通路的外侧喷 嘴部件的内周面与内侧喷嘴部件的外周面被平行配置,该排出通路的通路宽度沿轴线方向 为恒定,通常情况下,经由排出通路从排出口排出的粉末金属集中在被加工物的加工部位 的中央部附近。
[0009] 因此,当被加工物的加工部位的加工面积比较小的情况下,对于该加工部位可形 成所希望的烙敷层,不过如果被加工物的加工部位的加工面积变大,则无法对加工部位整 体供给所希望的量的粉末金属,产生要在被加工物的加工部位形成的烙敷层的质量降低之 类的问题。

【发明内容】

[0010] 本发明是鉴于上述问题而形成的,其目的在于提供一种即便在被加工物的加工部 位的加工面积大的情况下,也能够维持要在被加工物的加工部位形成的烙敷层的质量,能 够显著提高被加工物的生产性的粉体烙敷喷嘴。
[0011] 为了实现上述目的,本发明的粉体烙敷喷嘴具备:内侧喷嘴部件,上述内侧喷嘴部 件具有用于供激光通过的激光通路;W及外侧喷嘴部件,上述外侧喷嘴部件外嵌于上述内 侧喷嘴部件,在上述内侧喷嘴部件与上述外侧喷嘴部件之间形成有供粉体通过的排出通路 W及排出通过上述排出通路后的粉体的排出口,其中,上述排出通路的通路宽度随着趋向 上述排出口而变宽。
[0012] 在此,排出通路的通路宽度是指相对于喷嘴的轴线垂直的剖面中的、内侧喷嘴部 件的外周面与外侧喷嘴部件的内周面的径向上的间隔或尺寸。
[0013] 根据上述的方式的粉体烙敷喷嘴,通过使在内侧喷嘴部件与外侧喷嘴部件之间形 成的排出通路的通路宽度随着趋向排出口而变宽,使得粉体一边沿径向扩展(分散)一边 通过排出通路进而从排出口排出。因此,即使在被加工物的加工部位的加工面积大的情况 下,也能够遍及该加工部位的宽广范围使粉体分散并供给,能够对该加工部位整体形成所 希望的厚度的烙敷层,因此能够维持要在被加工物的加工部位形成的烙敷层的质量,能够 显著提高被加工物的生产性。
[0014] 另外,上述的粉体烙敷喷嘴的优选的方式如下:构成上述排出通路的上述内侧喷 嘴部件的外周面与上述外侧喷嘴部件的内周面呈随着趋向上述排出口而缩径的圆锥台状, 上述内侧喷嘴部件的外周面相对于中屯、轴线的倾斜角比上述外侧喷嘴部件的内周面相对 于中屯、轴线的倾斜角大,由此使得上述排出通路的通路宽度随着趋向上述排出口而变宽。
[0015] 根据上述的方式的粉体烙敷喷嘴,能够凭借简单的结构使排出通路的通路宽度随 着趋向排出口而连续变宽,能够进一步提高要在被加工物的加工部位形成的烙敷层的质 量。
[0016] 如能够从W上的说明理解的那样,根据本发明的粉体烙敷喷嘴,凭借在内侧喷嘴 部件与外侧喷嘴部件之间形成的排出通路的通路宽度随着趋向排出口而变宽的简单结构, 即便在被加工物的加工部位的加工面积大的情况下,也能够维持要在被加工物的加工部位 形成的烙敷层的质量,能够显著提高被加工物的生产性。
【附图说明】
[0017] 图1是示意性示出应用本发明的粉体烙敷喷嘴的激光烙敷加工装置的主要结构 的立体图。
[0018] 图2是示出本发明的粉体烙敷喷嘴的实施方式的主要结构的纵剖视图。
[0019] 图3是示出基于试验体进行的测定实施例、比较例1、2、参考例的排出开口附近处 的粉体分布而得的实验结果的图,(a)是示出实施例的实验结果的图,化)是示出比较例1 的实验结果的图,(C)是示出比较例2的实验结果的图,(d)是示出参考例的实验结果的图。
[0020] 图4是示出基于试验体进行的测定在实施例、比较例1、参考例中形成的烙敷层的 剖面而得的测定结果的图,(a)是示出实施例的测定结果的图,化)是示出比较例1的测定 结果的图,(C)是示出参考例的测定结果的图。
[0021] 图5是示出W往的粉体烙敷喷嘴的纵剖视图。
【具体实施方式】
[0022] W下,参照附图对本发明的粉体烙敷喷嘴的实施方式进行说明。
[0023] 图1是示意性示出应用本发明的粉体烙敷喷嘴的激光烙敷加工装置的主要结构 的立体图。
[0024] 图示的激光烙敷加工装置9是对例如气缸盖(被加工物)Η的气口座部(加工部 位)W进行激光烙敷加工的装置,具备:使气缸盖Η偏转并进行保持的气缸盖保持装置1 ;一 边朝加工部位照射激光一边排出粉末金属(粉体)(例如W铜为主要成分的材料)的激光 加工头2 ;使激光加工头2相对于铅垂方向倾斜而进行保持并使其绕铅垂轴旋转的旋转装 置3 及朝激光加工头2供给粉末金属的粉体供给装置(feeder :送料器)4。
[0025] 气缸盖保持装置1是W使得气口座部W的中屯、轴线为铅垂方向的方式使气缸盖Η 偏转、或者W使得气口座W的中屯、轴线与激光加工头2的旋转轴线一致的方式使气缸盖Η 沿水平方向二维移动的装置。
[00%] 激光加工头2具有产生激光的激光产生部5和内置有对激光进行聚光的聚光透镜 等的光学系统部6,在该光学系统部6的前端部连接供有使激光通过并且从该激光的周围 排出粉末金属的双重管构造的粉体烙敷喷嘴(也称为同轴喷嘴)7,该粉体烙敷喷嘴7经由 供给管8连接于送料器4。
[0027] 该激光烙敷加工装置9将与形成在加工部位的烙敷层(堆焊层)相应的量的粉末 金属同运载气体(例如氮气气体等的惰性气体)一起从送料器4向粉体烙敷喷嘴7供给, 利用激光产生部5生成与该粉末金属相应的输出的激光,经由粉体烙敷喷嘴7 -边朝加工 部位W照射激光一边排出粉末金属,由此,能够在气缸盖Η的气口座部W形成所希望的烙敷 层(堆焊层)。此外,例如,从送料器4向粉体烙敷喷嘴7供给的粉末金属的量、为了从送料 器4向粉体烙敷喷嘴7压送粉末金属所使用的运载气体的流量、激光的输出、加工速度等可 通过适当的调整单元自由调整。
[0028] 图2是示出图1所示的粉体烙敷喷嘴(本发明的粉体烙敷喷嘴的实施方式)的主 要结构的纵剖视图,特别地,是示出该粉体烙敷喷嘴的排出口侧(前端侧)的纵剖视图。此 夕F,其他的结构与基于图5说明的W往的粉末金属烙敷喷嘴几乎相同,因此省略其详细的 说明。
[0029] 如图所示,粉体烙敷喷嘴7主要具备:具有用于供激光R通过的激光通路11的大 致圆管状的内侧喷嘴部件10 及外嵌于内侧喷嘴部件10的外侧喷嘴部件20。内侧喷嘴 部件10与外侧喷嘴部件20配置在同轴上,在内侧喷嘴部件10与外侧喷嘴部件20之间划 分形成有供粉末金属P通过的大致圆环状的排出通路19。另外,在内侧喷嘴部件10的前端 与外侧喷嘴部件20的前端之间形成有将通过排出通路19后的粉末金属P向外部排出的圆 环状的排出口 18。
[0030] 内侧喷嘴部件10的内周面10a W及外周面1化与外侧喷嘴部件20的内周面20a 沿着中屯、轴线L方向并且随着趋向排出口 18侧(前端侧)而缩径,即内侧喷嘴部件10的 夕F周面1化与外侧喷嘴部件20的内周面20a呈随着趋向上述排出口 18而缩径的圆锥台状。 内侧喷嘴部件10的外周面1化相对于中屯、轴线L的倾斜角Θ 1比外侧喷嘴部件20的内周 面20a相对于中屯、轴线L的倾斜角Θ 2大,在内侧喷嘴部件10的外周面1化与外侧喷嘴部 件20的内周面20a之间形成的排出通路19的通路宽度X随着趋向上述排出口 18而连续 变宽。
[0031] 因此,经由供给管8等从送料器4同运载气体一起向排出通路19导入的粉末金属 (粉体)P-边朝径向(相对于中屯、轴线L正
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