CN111168071B - 一种金属管坯喷射成形设备及双金属板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属管坯喷射成形设备及双金属板的制造方法，金属管坯喷射成形设备包括喷射室、芯管、旋转移动装置、加热装置，喷射装置包括摆动机构和喷射机构，喷射机构包括喷射主轴，喷射主轴沿轴线间隔排列安装有至少两个向芯管侧壁喷射金属射流的雾化喷嘴，至少两个雾化喷嘴朝向芯管中心轴线呈扇形排列，雾化喷嘴的轴线呈上下间隔与芯管中心轴线交错，摆动机构可驱动喷射主轴绕自身中心轴往复摆动。进而扩大金属雾化射流的覆盖面积，使得单位面积的金属沉积速率较低、沉积较均匀，双金属板通过把上述设备制成的双金属管坯经加热炉均热至合适温度后环形轧制成目标厚度的双金属管，沿双金属管一侧纵向切开后经矫平机矫平成双金属板材。

Description

一种金属管坯喷射成形设备及双金属板的制造方法
技术领域
本发明涉及喷射成形领域，特别涉及一种金属管坯喷射成形设备及双金属板的制造方法。
背景技术
喷射成形近40年来逐渐发展成熟的金属制备和成形新工艺，其中需要用到金属喷射成形设备，其中雾化喷嘴是核心的部件，金属液通过雾化喷嘴喷射到管坯上形成金属覆层，在直径较大的管坯时，由传统单一固定式的喷嘴进行喷射时，其喷嘴金属雾化射流的覆盖面积小，一来使得金属覆层厚度受到限制，二来效率低，特别当芯管坯直径越大时金属覆层就越会薄，如果加大喷嘴的直径和金属液流量，其金属液的雾化效率恶化，造成局部过热和覆层金属的组织粗大。同时现有技术对双金属板材都是采用贴附压制成型的加工方法，这样难以控制金属层的特性，并且制造效率低，加工复杂。
发明内容
本发明目的在于提供一种金属管坯喷射成形设备及双金属板的制造方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
首先提供一种金属管坯喷射成形设备，包括：
喷射室；
芯管；
旋转移动装置，可带动芯管绕自身中心轴旋转和沿自身中心轴移动；
加热装置，用于对所述芯管加热；
喷射装置，包括摆动机构和喷射机构，所述喷射机构包括可转动安装于喷射室内的喷射主轴，所述喷射主轴沿轴线间隔排列安装有至少两个向芯管侧壁喷射金属射流的雾化喷嘴，至少两个雾化喷嘴朝向芯管中心轴线呈扇形排列，至少两个雾化喷嘴的轴线呈上下间隔与芯管的中心轴线交错，即是雾化喷嘴的轴线与芯管中心轴线在不同高度交错，所述摆动机构与喷射主轴传动连接，所述摆动机构可驱动喷射主轴绕自身中心轴往复摆动。
摆动机构驱动喷射主轴绕自身中心轴往复摆动，喷射主轴带动雾化喷嘴往复摆动，至少两个雾化喷嘴把金属液雾化喷向芯管并在芯管壁上不同高度沉积，从而在较宽的高度范围成形为金属覆层，进而扩大金属雾化射流的覆盖面积，使得单位面积的金属沉积速率较低、沉积较均匀，可满足直径更大的芯管成形出更厚的金属覆层，避免了局部过热和覆层金属的组织粗大的现象，并且不同的雾化喷嘴可喷射出不同的金属射流，形成多金属覆层。
作为上述技术方案的进一步改进，在所述喷射主轴内设置有与雾化喷嘴连通的气道，所述喷射主轴的两端均连接有与气道连通的接气软管。
作为上述技术方案的进一步改进，在所述喷射室的外侧安装有盛装金属液的中间包，在所述中间包的底部设置有至少两个与雾化喷嘴一一对接的出液口。
作为上述技术方案的进一步改进，所述旋转移动装置包括位于喷射室内的沉积托盘、与沉积托盘底部传动连接的立式旋转升降机构，所述沉积托盘的轴线呈竖向设置，所述立式旋转升降机构可带动沉积托盘旋转和升降，所述芯管同轴安装于沉积托盘的顶面，并与沉积托盘随动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述加热装置位于喷射室内并靠近沉积托盘。
作为上述技术方案的进一步改进，所述摆动机构包括摆动驱动组件和连杆组件，所述摆动驱动组件包括机座、安装于机座上的转动驱动单元、与转动驱动单元传动连接的凸轮盘，所述连杆组件包括连杆体、曲柄体，所述连杆体的一端与凸轮盘偏心传动铰接，所述连杆体的另一端与曲柄体的一端铰接，所述曲柄体的另一端与喷射轴固定连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述摆动驱动组件还包括摆杆，所述摆杆的一端与机座铰接，在所述凸轮盘其中一个端面上设置有环形的凸轮槽，所述摆杆的另一端连接有与凸轮槽滑动连接的滚轴，所述连杆体的所述一端与摆杆的所述另一端铰接。
此外本发明还提供一种双金属板的制造方法，包括以下步骤：
a)、准备上述的金属管坯喷射成形设备，喷射主轴安装有两个雾化喷嘴；
b)、在喷射室内充入惰性气体及利用加热装置对芯管进行预热；
c)、通过两个雾化喷嘴把区别于芯管的第二种金属射流喷射沉积至芯管壁的不同高度上，在较宽的高度范围形成金属覆层，同时旋转移动装置带动芯管绕自身中心轴旋转和沿自身中心轴移动，从而形成双金属管坯；
d)、该双金属管坯经加热炉均热至合适温度后环形轧制成目标厚度的双金属管；
e)、沿双金属管一侧纵向切开后经矫平机矫平成双金属板材。
本发明的有益效果是：通过本发明所提供的通过金属喷射成形设备可制出金属覆层更厚的双金属管坯，并且有效避免金属射流局部堆积过热和覆层金属的组织粗大的现象，把该双金属管坯经加热炉均热至合适温度后环形轧制成目标厚度的双金属管，沿双金属管一侧纵向切开后经矫平机矫平成双金属板材，此方法可获取尽可能大的金属覆层厚度，从而获得较大的单件双金属板材长度、较大的生产效率和技术经济效益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
图1是本发明所提供的金属喷射成形设备，其一实施例的结构示意图；
图2是本发明所提供的金属喷射成形设备，其一实施例的雾化喷嘴喷射示意图；
图3是本发明所提供的喷射机构，其一实施例的结构示意图；
图4是本发明所提供的摆动机构，其一实施例的结构示意图；
图5是本发明所提供的双金属管坯环形轧制成目标厚度的双金属管的工艺原理示意图；
图6是本发明所提供的双金属管经矫平机矫平成双金属板材的工艺原理示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图6，本发明的一种金属管坯喷射成形设备作出如下实施例：
如图1所示，一种金属管坯喷射成形设备，包括：喷射室100、芯管200、旋转移动装置300、加热装置400和喷射装置，旋转移动装置300可带动芯管200绕自身中心轴旋转和沿自身中心轴移动，加热装置400用于对所述芯管200加热，喷射装置包括摆动机构500和喷射机构600，所述喷射机构600包括可转动安装于喷射室100内的喷射主轴610，所述喷射主轴610沿轴线间隔排列安装有至少两个向芯管200侧壁喷射金属射流的雾化喷嘴620，如图2所示，至少两个雾化喷嘴620射向芯管200中心轴线呈扇形排列，至少两个雾化喷嘴 620的轴线呈上下间隔与芯管200中心轴线交错，所述摆动机构500 与喷射主轴610传动连接，所述摆动机构500可驱动喷射主轴610绕自身中心轴往复摆动。
摆动机构500驱动喷射主轴610绕自身中心轴往复摆动，喷射主轴610带动雾化喷嘴620往复摆动，至少两个雾化喷嘴620把金属液雾化形成金属射流，呈扇形喷向芯管200的中轴线、均匀沉积至芯管 200较宽区域的外壁上，从而成形为较均匀金属覆层，进而扩大金属雾化射流的覆盖面积，使得单位面积的金属沉积速率较低、沉积较均匀，可满足直径更大的芯管200成形出更厚的金属覆层，避免了局部过热和覆层金属的组织粗大的现象。进一步也可使每个雾化喷嘴620 喷射出不同的金属射流，形成多金属覆层。
在一些实施例中，在所述喷射主轴610内设置有与雾化喷嘴620 连通的气道，所述喷射主轴610的两端均连接有与气道连通的接气软管611。接气软管611与提供高压惰性气体的装置连接，雾化喷嘴620 通过高压惰性气体雾化成10-100μm大小液滴的高温射流，并以约 300米/秒的高速冲击到预热的芯管200表面形成具有冶金结合的金属覆层。
在一些实施例中，如图3所示，在所述喷射室100的外侧安装有盛装金属液的中间包110，在所述中间包110的底部设置有至少两个与雾化喷嘴620一一对接的出液口111。中间包110内的金属液经过出液口111进入到雾化喷嘴620内，再经过雾化喷嘴620雾化喷射出，其中每个出液口111可对应不同的金属液，而在中间包110内也对应地设置有盛装不同金属液的间隔。
在一些实施例中，所述旋转移动装置300包括位于喷射室100内的沉积托盘310、与沉积托盘310底部传动连接的立式旋转升降机构 320，所述沉积托盘310的轴线呈竖向设置，所述立式旋转升降机构 320可带动沉积托盘310旋转和升降，所述芯管200同轴安装于沉积托盘310的顶面，并与沉积托盘310随动。
在一些实施例中，所述加热装置400位于喷射室100内并靠近沉积托盘310。加热装置400主要对芯管200进行预热。
在一些实施例中，如图4所示，所述摆动机构500包括摆动驱动组件510和连杆组件520，所述摆动驱动组件510包括机座511、安装于机座511上的转动驱动单元、与转动驱动单元传动连接的凸轮盘 512，所述连杆组件520包括连杆体521、曲柄体522，所述连杆体 521的一端与凸轮盘512偏心传动铰接，所述连杆体521的另一端与曲柄体522的一端铰接，所述曲柄体522的另一端与喷射轴固定连接。在雾化喷嘴620作业时，通过转动驱动单元驱动凸轮盘512转动，基于连杆体521的一端与凸轮盘512偏心传动铰接，使得凸轮盘512可通过连杆体521带动曲柄体522往复摆动，进而曲柄体522可带动喷射主轴610绕其轴线往复转动，最后带动雾化喷嘴620往复摆动进行喷射。在其他一些实施中，连杆体521和曲柄体522均为可调节长度的伸缩杆体结构，可通过调节连杆体521的长度来改变雾化喷嘴620 的倾角即是喷射角，即可调节射流覆盖的区间，通过调节曲柄体522 的长度来调节雾化喷嘴620的转动幅度既是摆动幅度。
具体地，曲柄体522包括第一螺杆523、与第一螺杆523一端可转动固定连接的连接座524、螺纹套在第一螺杆523上的滑动螺母座 525，所述连接座524与喷射主轴610固定连接，连杆体521包括连接管526、与连接管526一端同轴螺纹连接的第二螺杆527、与第二螺杆527伸出端可转动固定连接的铰接座528，所述铰接座528与滑动螺母座525铰接，所述连接管526的另一端与凸轮盘512传动铰接。
当需要调节雾化喷嘴620的摆动幅度时，旋动第一螺杆523，使得滑动螺母座525沿第一螺杆523的轴向移动，从而调节滑动螺母座 525的位置，进而调节曲柄体522的长度，实现对雾化喷嘴620摆动幅度的调节；当需要调节雾化喷嘴620的喷射角时，旋动第二螺杆527，调节连接管526与第二螺杆527之间的连接长度，从而调节连杆体521的整体长度，实现对雾化喷嘴620喷射角的调节。
在一些实施例中，所述摆动驱动组件510还包括摆杆513，所述摆杆513的一端与机座511铰接，在所述凸轮盘512其中一个端面上设置有环形的凸轮槽514，所述摆杆513的另一端连接有与凸轮槽514 滑动连接的滚轴515，所述连杆体521的一端与摆杆513的另一端铰接。凸轮盘512通过具有偏心轨迹的凸轮槽514来带动摆杆513摆动，然后通过连杆组件520把该偏心轨迹传递到喷射主轴610上，实现倾角和摆幅的控制。其中通过凸轮槽514的适当设计还可控制射流在覆层面上的运动轨迹是匀速还是变速的。
此外本发明还提供一种双金属板的制造方法，包括以下步骤：
a)、准备上述的金属管坯喷射成形设备，喷射主轴610安装有两个雾化喷嘴620；
b)、在喷射室100内充入惰性气体及利用加热装置400对芯管200 进行预热；
c)、通过两个雾化喷嘴(620)把区别于芯管(200)的第二种金属射流喷射沉积至芯管(200)壁上，形成金属覆层，同时旋转移动装置300带动芯管200绕自身中心轴旋转和沿自身中心轴移动，从而形成双金属管坯；
d)、该双金属管坯经加热炉均热至合适温度后环形轧制成目标厚度的双金属管，如图5所示；
e)、用锯切机或剪切机沿双金属管一侧纵向切开后经矫 平机矫 平成双金属板材，双金属板材还可进一步轧薄，如图6所示。
在其他一些实施中，在步骤c)中，还可通过两个雾化喷嘴620分别把不同的金属射流喷射沉积至芯管200壁上，形成多金属覆层，从而形成多金属管坯；
通过本发明所提供的通过金属喷射成形设备可均匀地制出金属覆层更厚的双金属管坯，有效避免局部过热和覆层金属的组织粗大的现象，把该双金属管坯经加热炉均热至合适温度后环形轧制成目标厚度的双金属管，沿双金属管一侧纵向切开后经矫平机矫平成双金属板材，此方法可获取尽可能大的金属覆层厚度，从而获得较大的单件双金属板材长度、较大的生产效率和技术经济效益。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种金属管坯喷射成形设备，其特征在于：包括：
喷射室(100)；
芯管(200)；
旋转移动装置(300)，可带动芯管(200)绕自身中心轴旋转和沿自身中心轴移动；
加热装置(400)，用于对所述芯管(200)加热；
喷射装置，包括摆动机构(500)和喷射机构(600)，所述喷射机构(600)包括可转动安装于喷射室(100)内的喷射主轴(610)，所述喷射主轴(610)沿轴线间隔排列安装有至少两个向芯管(200)侧壁喷射金属射流的雾化喷嘴(620)，至少两个雾化喷嘴(620)朝向芯管(200)中心轴线呈扇形排列，至少两个雾化喷嘴(620)的轴线呈上下间隔与芯管(200)中心轴线交错，所述摆动机构(500)与喷射主轴(610)传动连接，所述摆动机构(500)可驱动喷射主轴(610)绕自身中心轴往复摆动；
在所述喷射室(100)的外侧安装有盛装金属液的中间包(110)，在所述中间包(110)的底部设置有至少两个与雾化喷嘴(620)一一对接的出液口(111)。
2.根据权利要求1所述的一种金属管坯喷射成形设备，其特征在于：在所述喷射主轴(610)内设置有与雾化喷嘴(620)连通的气道，所述喷射主轴(610)的两端均连接有与气道连通的接气软管(611)。
3.根据权利要求1所述的一种金属管坯喷射成形设备，其特征在于：所述旋转移动装置(300)包括位于喷射室(100)内的沉积托盘(310)、与沉积托盘(310)底部传动连接的立式旋转升降机构(320)，所述沉积托盘(310)的轴线呈竖向设置，所述立式旋转升降机构(320)可带动沉积托盘(310)旋转和升降，所述芯管(200)同轴安装于沉积托盘(310)的顶面，并与沉积托盘(310)随动。
4.根据权利要求3所述的一种金属管坯喷射成形设备，其特征在于：所述加热装置(400)位于喷射室(100)内并靠近沉积托盘(310)。
5.根据权利要求1所述的一种金属管坯喷射成形设备，其特征在于：所述摆动机构(500)包括摆动驱动组件(510)和连杆组件(520)，所述摆动驱动组件(510)包括机座(511)、安装于机座(511)上的转动驱动单元、与转动驱动单元传动连接的凸轮盘(512)，所述连杆组件(520)包括连杆体(521)、曲柄体(522)，所述连杆体(521)的一端与凸轮盘(512)偏心传动铰接，所述连杆体(521)的另一端与曲柄体(522)的一端铰接，所述曲柄体(522)的另一端与喷射轴固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种金属管坯喷射成形设备，其特征在于：所述摆动驱动组件(510)还包括摆杆(513)，所述摆杆(513)的一端与机座(511)铰接，在所述凸轮盘(512)其中一个端面上设置有环形的凸轮槽(514)，所述摆杆(513)的另一端连接有与凸轮槽(514)滑动连接的滚轴(515)，所述连杆体(521)的所述一端与摆杆(513)的所述另一端铰接。
7.一种双金属板的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)、准备如权利要求1至6任意一项所述的金属管坯喷射成形设备，喷射主轴(610)安装有两个雾化喷嘴(620)；
b)、在喷射室(100)内充入惰性气体及利用加热装置(400)对芯管(200)进行预热；
c)、通过两个雾化喷嘴(620)把区别于芯管(200)的第二种金属射流喷射沉积至芯管(200)壁上，形成金属覆层，同时旋转移动装置(300)带动芯管(200)绕自身中心轴旋转和沿自身中心轴移动，从而形成双金属管坯；
d)、该双金属管坯经加热炉均热至合适温度后环形轧制成目标厚度的双金属管；
e)、沿双金属管一侧纵向切开后经矫 平机矫 平成双金属板材。
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