激光熔覆四通道喷嘴结构参数对外流场的影响研究

作     者：陈春雨 邵中魁 沈小丽 鲁玉军 

作者机构：浙江理工大学机械工程学院 浙江省机电设计研究院有限公司新技术研究所 

出 版 物：《机电工程》 (Journal of Mechanical & Electrical Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：浙江省科技计划院所专项(JDYKY2024Z-03) 浙江省重点研发计划项目(2024C01230,2022C01242) 浙江省机电集团科技项目(JDK2024-B0001) 

主　　题：增材制造技术 粉末流汇聚效果 同轴送粉喷嘴 数值模拟 结构参数 粉末流 

摘      要：为了解决激光熔覆四通道同轴送粉喷嘴粉末流汇聚效果不佳这一问题，对四通道同轴送粉喷嘴的结构参数进行了仿真优化研究。首先，建立了喷嘴二维结构图，利用理论模型分析了喷嘴结构参数对粉末汇聚形态的影响；然后，基于气固两相流理论，采用有限元仿真软件对激光熔覆四通道喷嘴的结构参数进行了仿真分析，探究了不同结构参数下粉末流参数的变化规律，以及外流场浓度的分布规律，得到了合理的结构参数范围；最后，对参数优化后的喷嘴进行了送粉测试，根据测试结果与仿真结果进行了对比验证。研究结果表明：当喷嘴粉管倾角增大时，焦距增大，同时粉末浓度快速增大后稳定，倾角在60°～75°间合适；当喷嘴粉管内径增大时，粉末浓度和焦距先增大后减小，粉斑直径则先减小后增大，内径在1.5 mm左右合适；当喷嘴粉管出口处间距增大时，焦距增大，间距在12 mm左右合适；当喷嘴入射管内径增大时，送粉速度增大，同时粉末浓度减小，入射管内径应尽量与输送管匹配；当喷嘴外保护气倾角为35°～65°时，保护气作用在粉流汇聚处。测试结果验证了模型的准确性，其粉斑直径为2.2 mm，粉末焦距为16.1 mm，粉末汇聚效果良好。该模型可为改善喷嘴送粉效果提供参考。