一种可输送硬质粉末的多流道高速旋转密封装置的制作方法

1.本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种可输送硬质粉末的多流道高速旋转密封装置。


背景技术：

2.激光增材制造是指通过高能激光束将添加材料熔化后逐层累加成形，也可以对受损的零部件行修复、表面强化。由于其显著的优势，在近几十年得到了快速的发展，其中添加物以金属粉末为主，其添加方式分为预制粉法和送粉法。随着国内激光增材制造技术和激光熔覆技术逐渐成熟并且激光器的价格逐渐降低，激光加工技术在工业生产中的应用也越来越广泛，其中以同轴送粉的粉末利用率高、效率高、成形质量好，可控参数最多，有着巨大的发展空间和前景，相应的同轴送粉对硬质粉末、高压气体、液体的输送路径的设计要求也最高。
3.现有的激光加工技术由于需要连接输送粉末、气体、液体的管道，只能依靠平台和机械臂在平面上做简单的往复直线运动来对平板或简单的零件进行表面加工，激光头无法旋转而不能对带有弧面的复杂表面进行加工。而在实际工业生产中，常常要对一些弧面表面强化或修复，这严重限制了激光增材制造、激光熔覆等技术的应用。


技术实现要素：

4.为了克服以上技术问题，本发明提出一种可输送硬质粉末的多流道高速旋转密封装置，可同时将硬质粉末、高压气体、冷却水从固定的通道输送到高速旋转的通道中，使通道密封不泄露，并在装置中预留激光束通道。依靠高压气体输送硬质粉末进入高速旋转的激光头，以实现激光头对环形表面进行加工。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种可输送硬质粉末的多流道高速旋转密封装置，包括定子1和转子2，所述定子1和转子2为两个空心的圆柱主体，所述定子1和转子2内部设置有多个流道，每个流道均可输送硬质粉末、气体、液体等流动介质；
7.所述转子2的上半部分嵌套于定子1内部，下半部分通过同步轮3连接步进电机，在步进电机的带动下实现高速旋转；
8.所述定子1和转子2交界处设有环形接收槽，使定子1中的输送物质通过流道进入环形接收槽后进入高速旋转的转子2中，在环形接收槽的上方和下方均设有环形密封槽。
9.所述流道包含横向流道和纵向流道，定子1上设置有横向流道，转子上设置有横向流道和纵向流道，且转子上的横向流道和纵向流道相互连通，定子上的横向流道与转子上的纵向流道依靠对应的环形接收槽连通。
10.所述环形密封槽包括冷却水接收槽17、冷却水回流接收槽19、硬质粉末接收槽23和保护气体接收槽21，环形密封槽末端分别设有沿轴线方向向下的纵向通道通向转子2底端，所述转子2底端设有四个横向的快插接口分别与各纵向通道连接，输送物质从转子2上
对应的快插接口流出。
11.所述转子2的快插接口连接外部管道，通过同步轮3上预设的孔连接到激光熔覆头上的接口，为激光加工输送熔覆粉末、冷却水及保护气。
12.所述环形密封槽内置经表面硬化的动密封圈24。
13.所述定子1中的各横向流道与定子1外侧设置的对应快插接口相连通，所述快插接口为四个，分别连接保护气体入口7、硬质粉末入口5、冷却水入口6和冷却水回流出口4，其中冷却水回流出口4和硬质粉末入口5在同一侧，冷却水入口6和保护气体入口7在同一侧，各快插接口均不在同一水平面上，四者之间保持一定距离。
14.所述转子2中的各横向流道与转子2下端外侧设置的快插接口相连通，所述快插接口为四个，分别连接保护气体出口8、硬质粉末出口9、冷却水出口10、冷却水回流入口11，四者之间夹角为90
°
，且均在同一水平面上。
15.本发明的有益效果：
16.本发明对定子和转子镶嵌处的密封处理，若气体和粉末、冷却水泄露会导致气压减小、影响生产质量等危害，而粉末泄露进入高速运动的旋转轴中则会造成严重的磨粒磨损，严重降低设备实用寿命。通过在各接收槽部位上方和下方各设置密封槽，在密封槽中内置动密封圈，使动密封圈横跨定子和转子上的密封槽来密封两者之间的缝隙，防止气体、硬质粉末、冷却水泄露。
17.转子的上端有足够长的部分镶嵌在定子的内壁上，两者之间紧密贴合，当转子下方连接较长的旋转头时也能使转子稳定的转动而不发生摇摆，在转子下方同步轮的带动下高速旋转，可以使激光加工头有足够的干伸长进入深孔内高速旋转，并且稳定输送硬质粉末、气流、冷却水、以及传输激光束，以用于内孔高速旋转激光熔覆的送粉。
附图说明
18.图1为本发明整体结构示意图。
19.图2为本发明的整体的剖视图。
20.图3为本发明的整体的剖视图。
21.其中：1为定子，2为转子，3为同步轮，4冷却水回流出口，5为硬质粉末入口，6为冷却水入口，7为保护气体入口，8为保护气体出口，9为硬质粉末出口，10为冷却水出口，11为冷却水回流入口，12为激光束通道，13为定子固定螺孔，14为转子固定螺孔，15为预设通道，16为冷却水通道，17为冷却水接收槽，18为冷却水回流通道，19为冷却水回流接收槽，20为保护气体通道，21为保护气体接收槽，22为硬质粉末通道，23为硬质粉末接收槽，24动密封圈。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
23.如1、图2所示，本发明多流道高速旋转密封装置，包括定子1、转子2、和由步进电机带动转动的同步轮3。定子1和转子2为两空心圆轴，其12激光束通道可供激光加工时激光束穿过，定子1通过定子固定螺孔13固定在基板上，转子2通过转子固定螺孔14固定在步进电机带动下高速转动的3同步轮上。
24.在定子1和转子2相对高速旋转的情况下，使激光头实现多流道、包含硬质粉末的多种物质稳定输送，主要依靠的是对各流道的路径设计和定子1与转子2交接处孔道、接收槽以及密封槽的设计。
25.定子1上的四个快插接口分别连接保护气体入口7、硬质粉末入口5、冷却水入口6和冷却水回流出口4，四者之间的夹角90
°
，且均不在同一水平面上，四者之间保持一定距离。
26.在转子2外表面与定子1上的横向孔道相对应处设有接收槽，用来接收定子1上各孔道流出的气体、粉末以及冷却水。
27.在冷却水接收槽17、冷却水回流接收槽19、硬质粉末接收槽23和保护气体接收槽21的末端分别设有沿轴线方向向下的纵向通道通向转子2底端。在转子2底端设有四个横向的快插接口分别与各纵向通道连接，输送物质从转子2上对应的快插接口流出。转子2向下方的快插接口连接外部管道，通过同步轮3上预设的孔连接到激光熔覆头上的接口，为激光加工输送熔覆粉末、冷却水及保护气。
28.在环形接收槽的上方和下方均设有环形密封槽，内置经表面硬化的动密封圈，避免高速旋转时硬质粉末及其它输送物质进入定子和转子的壁缝中而对装置的密封性造成破坏。
29.本发明使送粉式激光增材制造、激光熔覆等加工过程中的激光头实现快速旋转，提高激光加工的灵活性及适用性，尤其是在内孔旋转激光熔覆领域可使激光熔覆头高速旋转，并保证硬质粉末、冷却水、高压保护气体稳定输送，实现对深孔内表面进行高效率加工。
30.本发明的工作原理：
31.如图2中，冷却水从定子1上的冷却水通道16流入转子2上的冷却水接收槽17后沿转子2中的通道流向转子底部的冷却水出口10，对旋转激光头进行冷却后又流回到转子2上的冷却水回流通道18，通过冷却水回流接收槽19进入定子1上的冷却水回流通道18。硬质粉末和保护气体分别从定子1中的硬质粉末通道22、保护气体通道20通过对应的接收槽进入转子2中的通道，后经过同步轮3上预留的预设通道15输送到熔覆头。
32.在定子1和转子2相对转动处的密封是本新型的关键，气体、液体尤其是硬质粉末颗粒在由定子1进入转子2时，会进入相对转动的壁面缝隙造成泄露，而且硬质粉末进入壁面缝隙还会造成严重的磨粒磨损，使零件的性能、寿命下降。本发明通过在接收槽的上方、下方分别设计了24动密封圈隔离槽，来阻碍气体、液体和硬质粉末沿壁缝扩散，来实现转子在高速旋转时的密封效果。