CN110153428A - 用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置，包括：上、下腔体以及设置于其间的密封层，其中：上腔体内设有熔体，下腔体内设有冷凝机构，上腔体和下腔体之间设有喷嘴，熔体籍由上、下腔体的压力差通过喷嘴以连续的微熔体流的形式凝固于冷凝机构上。本发明能够将大体积高温熔体(T>300℃)分散为连续的微熔体流，即稳定金属熔体液柱并实现金属快速成型。

Description

用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置
技术领域
本发明涉及的是一种冶金领域的技术，具体是一种用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置。
背景技术
增材制造基于离散-堆积原理，是不同于传统铸造方式生产金属制品的新方法。增材制造可以通过多种方式实现。在已公开的技术中，其材料可以是粉体经过热源熔化为局部的微小熔池，也可以是丝材经过热源熔化后形成液滴，也可以是将大体积熔体直接分散为金属微熔体流。将大体积熔体进行分散具有较大难度。
喷射成型是已有的较为成熟的金属快速成型技术，该技术实现的前提是将大体积金属熔体分散，其原理是用高压惰性气体将合金液流雾化成细小熔滴，喷射成型装置的喷嘴结构已经较为成熟完善，但是这种分散方式的缺点是分散后的微小熔滴不连续，熔滴被惰性气体裹挟，容易在铸锭中形成气孔，且熔体被过于分散造成生产效率低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置，能够将大体积高温熔体(T>300℃)分散为连续的微熔体流，即稳定金属熔体液柱并实现金属快速成型。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：上、下腔体以及设置于其间的密封层，其中：上腔体内设有熔体，下腔体内设有冷凝机构，上腔体和下腔体之间设有喷嘴，熔体籍由上、下腔体的压力差通过喷嘴以连续的微熔体流的形式凝固于冷凝机构上。
所述的压力差是指：上腔体压力与熔体液压之和，其大于喷嘴的通道中熔体的表面张力与下腔体压力之和时，熔体通过喷嘴形成稳定的金属液柱进入下腔体。
所述的连续的微熔体流，通过控制所述压力差或控制喷嘴中微流道的形状得以实现。
所述的控制喷嘴中微流道的形状，通过设置不同形状的喷嘴内截面得以实现。
附图说明
图1为本发明装置示意图；
图2为加热机构示意图；
图3为喷嘴剖视图及俯视图；
图4为实施例喷嘴示意图；
图中：1惰性气体、2上腔体、3密封层、4喷嘴、5下腔体、6熔体、7冷凝台构成、8坩埚、9喷嘴、10外层加热体、11热电偶、12控温装置。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本装置包括：上、下腔体2、5以及设置于其间的密封层3，其中：上腔体2内设有熔体6，下腔体5内设有冷凝机构7，上腔体2和下腔体5之间设有喷嘴4，熔体6籍由上、下腔体的压力差通过喷嘴4以连续的微熔体流的形式凝固于冷凝机构7上。
所述的喷嘴起连接两个腔体的作用，喷嘴的末端设有微流道。
如图2所示，所述的喷嘴外部设有加热机构，该加热机构包括：外层加热体10、热电偶11和控温装置12，
如图3所示，所述的喷嘴为陶瓷材料制成，喷嘴内腔直径d1(10mm<d1<200mm)，壁厚δ(0<δ<20mm)。总高度h1(0<h1<20cm)，内腔底至底面的高度为h2(0<h2<5cm)，微流道长度为h3(0<h3<5cm)，内腔底面张角为θ1(30°<θ1<180°)，外底面张角为θ2(30°<θ2<180°)，微流道最窄处直径为d2(0<d2<20mm)，微流道最宽处直径为d3(0<d3<20mm)。
如图4所示，所述的微流道采用A直筒型、B拉法尔管型、C锥形或D倒锥形，分别用于铝合金液、镁合金液、钛合金液、钢液及镍基合金液等，均可形成稳定液柱。
本实施例中的喷嘴结构优选为：内腔直径d1＝82mm，壁厚δ＝5mm，总高度h1＝8cm，内腔底至底面的高度h2＝2cm，微流道长度h3＝1.5cm，内腔底面张角θ1＝120°，外底面张角θ2＝170°，微流道最窄处直径d2＝3mm。采用直筒型微流道喷嘴喷射7050铝合金熔体，熔体温度650℃，当喷嘴上、下总压力差A-B为5000帕时，铝液成连续液柱集中喷射状态，喷射流量为800g/min。
实施例2
本实施例中采用喷嘴的结构具体为：内腔直径d1＝82mm，壁厚δ＝5mm，总高度h1＝8.6cm，内腔底至底面的高度h2＝1.5cm，微流道长度h3＝1.2cm，内腔底面张角θ1＝120°，外底面张角θ2＝175°，微流道最窄处直径d2＝1.5mm，微流道最宽处直径d3＝2mm。采用锥型微流道喷嘴喷射硅钢钢液，熔体温度1650℃，当喷嘴上、下总压力差A-B为2000帕时，钢液成连续液柱微发散喷射状态，喷射流量为600g/min。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置，其特征在于，包括：上、下腔体以及设置于其间的密封层，其中：上腔体内设有熔体，下腔体内设有冷凝机构，上腔体和下腔体之间设有喷嘴，熔体籍由上、下腔体的压力差通过喷嘴以连续的微熔体流的形式凝固于冷凝机构上；
所述的压力差是指：上腔体压力与熔体液压之和，其大于喷嘴的通道中熔体的表面张力与下腔体压力之和时，熔体通过喷嘴形成稳定的金属液柱进入下腔体；
所述的连续的微熔体流，通过控制所述压力差或控制喷嘴中微流道的形状得以实现。
2.根据权利要求1所述的用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置，其特征是，所述的控制喷嘴中微流道的形状，通过设置不同形状的喷嘴内截面得以实现。
3.根据权利要求1或2所述的用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置，其特征是，所述的控制喷嘴中微流道的形状采用直筒型、拉法尔管型、锥形或倒锥形，分别用于铝合金液、镁合金液、钛合金液、钢液及镍基合金液以形成稳定液柱。
4.根据权利要求3所述的用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置，其特征是，所述的喷嘴内腔直径d1，10mm<d1<200mm，壁厚δ，0<δ<20mm，总高度h1，0<h1<20cm，内腔底至底面的高度为h2，0<h2<5cm，微流道长度为h3，0<h3<5cm，内腔底面张角为θ1，30°<θ1<180°，外底面张角为θ2，30°<θ2<180°，微流道最窄处直径为d2，0<d2<20mm，微流道最宽处直径为d3，0<d3<20mm。
5.根据权利要求3所述的用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置，其特征是，所述的喷嘴内腔直径d1为82mm，壁厚δ为5mm，总高度h1为8.6cm，内腔底至底面的高度h2为1.5cm，微流道长度h3为1.2cm，内腔底面张角θ1为120°，外底面张角θ2为175°，微流道最窄处直径d2为1.5mm，微流道最宽处直径d3为2mm。
6.根据权利要求5所述的用于形成稳定金属熔体液柱的喷嘴装置，其特征是，采用锥型微流道喷嘴喷射硅钢钢液，熔体温度1650℃，当喷嘴上、下总压力差为2000帕时，钢液成连续液柱微发散喷射状态，喷射流量为600g/min。
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