用于激光再制造的沸腾式送粉器的设计及送粉工艺研究

论文摘要

激光再制造加工作为一种新兴的修复加工技术,已经在现代装备制造业展露出了一定的优异性。再制造工艺过程中,稳定、精确的粉末输送对于保证再制造加工的质量至关重要。本文针对激光再制造加工中粉末输送率小、送粉精度高的要求,设计了一种基于流化床原理的沸腾式送粉器；对所设计的送粉器进行了数值模拟；并且设计了用于送粉器的闭环控制系统。数值模拟采用了Fluent软件,根据初步设计的送粉器结构,对非定常状态下的流化粉末进行了分析。分析结果显示出了不同沸腾气流量下的粉末运动状态以及疏密分布,粉末均处于散式流化态,是较理想的输送状态。模拟了送粉器送粉的可行性。送粉实验采用140～200目的Ni基合金粉末,在干燥室内环境下进行。分别就送粉器结构尺寸不同,气动回路控制方法不同,以及沸腾气体流量不同的情况下对送粉器进行了实验。根据实验结果对送粉器的结构,气动控制回路进行了改进。并在改进的基础上进行了正交试验与人工神经网络分析。研究表明：内部尺寸适当小的送粉器其最小送粉率可达1.7g/min;沸腾气体流量的变化对送粉率影响最大,上端出气口气体流量的变化对送粉率影响其次,粉末输送气体流量的变化对送粉率影响最小,而送粉率随着沸腾气体流量的增大而增大,且两者存在一定的线性关系；沸腾式送粉器的稳定送粉范围可在2.5-44g/min。闭环控制系统采用了可编程控制器（PLC）、重量传感器和电气比例阀这三个主要器件实现控制。运用PLC内设PID算法,将传感器的监测信号进行处理,并对电气比例阀进行控制,以实现对送粉量的控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 激光再制造加工技术概述
• 1.1.1 激光再制造加工技术简介
• 1.1.2 送粉器对于激光再制造加工的影响
• 1.2 用于激光再制造送粉器的概述
• 1.3 流化床的运用与送粉器的控制系统
• 1.3.1 流化床的应用现状
• 1.3.2 送粉器的控制系统
• 1.4 本课题研究的主要内容及技术路线
• 第2章 基于Fluent软件的数值仿真
• 2.1 计算流体力学
• 2.2 Fluent软件
• 2.3 模型建立与网格划分
• 2.4 边界条件设置
• 2.5 仿真结果分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 沸腾式送粉器系统的设计
• 3.1 沸腾式送粉器工作原理
• 3.2 沸腾式送粉器的设计
• 3.2.1 送粉器的机械结构设计
• 3.2.2 送粉器的气路设计
• 3.3 送粉器结构对送粉的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 送粉器性能测试分析
• 4.1 气动回路中影响送粉率的因素分析
• 4.1.1 对照实验分析
• 4.1.2 不同气流量的送粉实验
• 4.2 正交实验与人工神经网络分析
• 4.2.1 正交试验分析
• 4.2.2 人工神经网络分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于PLC的控制系统设计
• 5.1 可编程控制器的理论基础
• 5.2 控制系统的硬件设计
• 5.2.1 控制要求及工作过程分析
• 5.2.2 PLC型号选定及控制系统I/O配置
• 5.3 控制系统的软件设计
• 5.3.1 PID算法与工作流程图
• 5.3.2 梯形图设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果