CN112028460B - 一种用于金属微滴制备的玻璃喷嘴的制作装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于金属微滴制备的玻璃喷嘴的制作装置与方法，属于微滴喷射装置技术领域。由底座，玻璃管，固定夹具，固定托板，氧化锆陶瓷加热腔，支撑托板，电动滑块，导轨，活动托板，导线，控制电源，加热环，热电偶，镍铬电阻丝，陶瓷环组成。将玻璃管由夹具固定后，通过氧化锆陶瓷加热腔体中的加热环对玻璃管进行加热，通过控制电源进行调控加热温度和升温速度，当热电偶测量的温度到达玻璃管软化温度后，电动滑块带动活动托板运动将软化的玻璃管拉伸断裂成形，通过控制加热温度进而改变喷嘴的孔径；通过控制滑动速度与加热环厚度进而改变喷嘴的长径比。通过该方法与装置能够制作孔径在30‑600um之间同时长径比小于2的玻璃喷嘴。

Description

一种用于金属微滴制备的玻璃喷嘴的制作装置与方法
技术领域
本发明属于微滴喷射装置技术领域，尤其涉及到金属微喷射用喷嘴的制备，具体为一种用于金属微滴制备的玻璃喷嘴的制作装置与方法。
背景技术
在液体的微喷射技术中，喷嘴的几何参数对喷射过程中整个系统的稳定性有着重要的影响。例如：喷嘴的长径比直接影响液体在喷嘴内部的流动损失，喷嘴孔径直接影响喷射出液体的体积，喷嘴内流道的形状不仅会影响流动损失，同时也对喷射出液体的垂直度产生影响。目前，常见的玻璃微喷嘴制作装置有水平拉制式、垂直拉制式，其主要特征为依靠电磁力、气动力、重力等将加热的玻璃管道从中部拉开，拉制后玻璃管形成细长的流体通道；为了进一步精确控制玻璃微喷嘴的长度，需要将拉制后的玻璃管进行二次加热与磨制，从而获得所需的几何尺寸。目前，拉制式玻璃微喷嘴制作装置结构复杂，同时可控参数较少，在加工特定几何尺寸的喷嘴时存在较大困难。
为了解决这一问题，许多研究人员进行了相关研究工作，如专利CN201210123632，CN8201510294150.2都通过对玻璃喷嘴进行局部加热拉伸，以形成出口处内径比较小的微喷嘴，通过改变拉力等操作来控制微喷嘴的几何形状。但该发明在制作喷嘴的过程中，没有考虑温控装置，只通过改变拉力来控制喷嘴形状，同时升温速度也无法控制，对于耐热性能较差的玻璃材料，由于其线膨胀系数小，升温速度过快时存在玻璃管破裂的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便、低成本制备用于金属微喷射领域的玻璃微喷嘴的方法与装置，通过该方法与装置能够制作孔径在30-600um之间同时长径比小于2的玻璃喷嘴。
本发明一种用于金属微滴制备的玻璃喷嘴的制作装置，其特征在于，是一种基于对玻璃管进行加热拉制形成喷嘴的装置，具体包括底座(1)、固定夹具-1(3)、固定夹具-2(10)、滑轨(8)、固定托板(4)、支撑托板(6)、电动滑块(7)、活动托板(9)、氧化锆陶瓷加热腔(5)；
长方形底座(1)上表面两侧边分别固定有滑轨(8)，两滑轨(8)平行且中间有间隔，每个滑轨(8)上设有一个可沿滑轨(8)长度方向滑动的电动滑块(7)；两滑轨(8)之间的间隔内沿滑轨(8)长度方向依次设有固定托板(4)、支撑托板(6)、活动托板(9)，固定托板(4)固定到底座(1)上表面上，固定托板(4)中设有固定夹具-1(3)；支撑托板(6)固定在底座(1)上表面上，两块电动滑块(7)之间固定连接一块活动托板(9)，即活动托板(9)固定在两块电动滑块(7)上，可随滑块同步运动；同时活动托板(9)靠近支撑托板(6)的一侧面上设有氧化锆陶瓷加热腔(5)，活动托板(9)背向支撑托板(6)的一侧面上固定有固定夹具-2(10)；加热环(13)与热电偶(14)安装在氧化锆陶瓷加热腔(5)中，装置通过加热环(13)与热电偶(14)、电动滑块(7)均通过导线与控制电源(12)相连；长玻璃管平行于滑轨(8)的长度方向，长玻璃依次能穿过固定夹具-1(3)、固定托板(4)、支撑托板(6)、氧化锆陶瓷加热腔(5)、活动托板(9)、固定夹具-2(10)，且固定夹具-1(3)、固定夹具-2(10)能将长玻璃管固定在对应的固定托板(4)和活动托板(9)上；氧化锆陶瓷加热腔(5)内的加热环(13)位于长玻璃管的四周。
在图3所示实施例中，氧化锆陶瓷加热腔(5)由镍铬电阻丝(15)与氧化锆陶瓷环(16)组成的加热环(13)与热电偶(14)共同组成。
加热环(13)由镍铬电阻丝(15)与氧化锆陶瓷环(16)组成，镍铬电阻丝(15)螺旋缠绕在氧化锆陶瓷环(16)表面。
控制电源(12)是电源、PLC控制系统的集合；PLC控制系统分别与镍铬电阻丝(15)、热电偶(14)连接；热电偶(14)实时测量加热温度，通过控制电源(12)中的PLC控制系统调节镍铬电阻丝(15)的加热电流进而控制加热温度与升温速度，实现实时反馈调节。控制电源(12)中的PLC控制系统逻辑图如图7所示。
在喷嘴制作装置中，电阻丝与陶瓷环组成的加热环固定于氧化锆陶瓷保温腔中，玻璃管穿过氧化锆陶瓷保温腔后通过两头的夹具夹持固定。通过内置PLC加热装置的控制电源设定加热温度与升温速度，采用镍铬电阻丝对玻璃管进行辐射加热，加热范围通过加热环的厚度进行控制，加热过程中通过热电偶对保温腔内部温度进行实时测量，从而对加热电流进行实时反馈调节。当加热温度达到设定好的温度，经过一段时间的保温后，电动滑块带动托板运动将玻璃管拉伸断裂成形。在玻璃管拉伸断裂形成喷嘴之后，喷嘴口可能会存在毛刺或喷嘴口处不太平整，只需重新对喷嘴处进行重新加热、用砂纸打磨即可。
与现有技术相比，本发明的工作原理及有益效果如下：
(1)通过热电偶与加热装置的结合实现对玻璃管加热温度的实时反馈调节，避免玻璃管因升温速度过快导致爆裂，同时控制加热温度，确保玻璃管的加热区域达到软化温度，避免加热温度过低，无法将玻璃管拉断。(2)通过调节加热温度改变玻璃管的软化程度，进而改变玻璃喷嘴的孔径。(3)通过调节加热环的厚度与电动滑块的拉伸速度，进而改变喷嘴的的长径比。
本方法具有以下突出特点：(1)对于给定尺寸的玻璃管制备出的喷嘴孔径受加热温度影响，通过控制加热温度影响玻璃钢的软化程度，从而改变玻璃喷嘴的孔径。(2)通过控制加热环的厚度来控制加热区域，同时调节玻璃管拉伸速度，进而改变玻璃喷嘴的长径比。(3)装置结构简单，操作容易，成本也更低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明专利的整体示意图。
图2是图1的侧视图。
图3与图4是陶瓷加热腔的示意图。
图5与图6是加热环的示意图。
图7PLC控制系统逻辑图。
图中1.底座，2.玻璃管，3.固定夹具-1，4.固定托板，5.氧化锆陶瓷加热腔，6.支撑托板，7.电动滑块，8.导轨，9.活动托板，10.固定夹具-2，11.导线，12.控制电源，13.加热环，14.热电偶，15.镍铬电阻丝，16.氧化锆陶瓷环。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
结构见图1-图6。
在图1中，滑轨(8)、固定托板(4)与支撑托板(6)固定在底座(1)上，电动滑块(7)安装在滑轨(8)上，活动托板(9)固定在电动滑块(7)上，可随滑块同步运动，固定夹具-1(3)与固定夹具-2(10)分别固定在固定托板(4)与活动托板(9)上，加热环(13)与热电偶(14)安装在氧化锆陶瓷加热腔(5)中，氧化锆陶瓷加热腔(5)同时安装在活动托板(9)上，装置通过导线(11)与控制电源(12)相连。
在图3所示实施例中，氧化锆陶瓷加热腔(5)由镍铬电阻丝(15)与氧化锆陶瓷环(16)组成的加热环(13)与热电偶(14)共同组成。
在图5所示实施例中，加热环(13)由镍铬电阻丝(15)与氧化锆陶瓷环(16)组成。采用上、下两部分氧化锆陶瓷制作为加热腔，具有良好的保温、耐热效果，加热环与热电偶安装在氧化锆陶瓷加热腔中。加热环是由镍铬电阻丝与氧化锆陶瓷环组成，电阻丝缠绕于陶瓷环之上。
将玻璃管由夹具固定后，通过氧化锆陶瓷加热腔体中的加热环对玻璃管进行加热，当热电偶测量的温度到达玻璃管软化温度后，经过一段时间保温，电动滑块带动活动托板运动将软化的玻璃管拉伸断裂成形。通过调节控制电源的加热电流控制氧化锆陶瓷腔体中的升温速度与加热温度，进而改变喷嘴的孔径。通过控制加热环厚度与电动滑轨滑动速度进而改变加热范围与拉伸速度，进而改变喷嘴的长径比。通过该方法与装置能够制作孔径在30-600um之间同时长径比小于2的玻璃喷嘴。

Claims (4)

1.一种用于金属微滴制备的玻璃喷嘴的制作装置，其特征在于，是一种基于对玻璃管进行加热拉制形成喷嘴的装置，具体包括底座（1）、固定夹具-1（3）、固定夹具-2（10）、滑轨（8）、固定托板（4）、支撑托板（6）、电动滑块（7）、活动托板（9）、氧化锆陶瓷加热腔（5）；
长方形底座（1）上表面两侧边分别固定有滑轨（8），两滑轨（8）平行且中间有间隔，每个滑轨（8）上设有一个可沿滑轨（8）长度方向滑动的电动滑块（7）；两滑轨（8）之间的间隔内沿滑轨（8）长度方向依次设有固定托板（4）、支撑托板（6）、活动托板（9），固定托板（4）固定到底座（1）上表面上，固定托板（4）中设有固定夹具-1（3）；支撑托板（6）固定在底座（1）上表面上，两块电动滑块（7）之间固定连接一块活动托板（9），即活动托板（9）固定在两块电动滑块（7）上，可随滑块同步运动；同时活动托板（9）靠近支撑托板（6）的一侧面上设有氧化锆陶瓷加热腔（5），活动托板（9）背向支撑托板（6）的一侧面上固定有固定夹具-2（10）；加热环（13）与热电偶（14）安装在氧化锆陶瓷加热腔（5）中，装置通过加热环（13）与热电偶（14）、电动滑块（7）均通过导线与控制电源（12）相连；长玻璃管平行于滑轨（8）的长度方向，长玻璃依次能穿过固定夹具-1（3）、固定托板（4）、支撑托板（6）、氧化锆陶瓷加热腔（5）、活动托板（9）、固定夹具-2（10），且固定夹具-1（3）、固定夹具-2（10）能将长玻璃管固定在对应的固定托板（4）和活动托板（9）上；氧化锆陶瓷加热腔（5）内的加热环（13）位于长玻璃管的四周；
在喷嘴制作装置中，电阻丝与陶瓷环组成的加热环固定于氧化锆陶瓷加热腔中，玻璃管穿过氧化锆陶瓷加热腔后通过两头的夹具夹持固定；通过内置PLC加热装置的控制电源设定加热温度与升温速度，采用镍铬电阻丝对玻璃管进行辐射加热，加热范围通过加热环的厚度进行控制，加热过程中通过热电偶对保温腔内部温度进行实时测量，从而对加热电流进行实时反馈调节，当加热温度达到设定好的温度，经过一段时间的保温后，电动滑块带动托板运动将玻璃管拉伸断裂成形。
2.按照权利要求1所述的一种用于金属微滴制备的玻璃喷嘴的制作装置，其特征在于，氧化锆陶瓷加热腔（5）由镍铬电阻丝（15）与氧化锆陶瓷环（16）组成的加热环（13）与热电偶（14）共同组成。
3.按照权利要求1所述的一种用于金属微滴制备的玻璃喷嘴的制作装置，其特征在于，加热环（13）由镍铬电阻丝（15）与氧化锆陶瓷环（16）组成，镍铬电阻丝（15）螺旋缠绕在氧化锆陶瓷环（16）表面。
4.按照权利要求1所述的一种用于金属微滴制备的玻璃喷嘴的制作装置，其特征在于，通过调节加热温度改变玻璃管的软化程度，进而改变玻璃喷嘴的孔径；通过调节加热环的厚度与电动滑块的拉伸速度，进而改变喷嘴的长径比。
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