CN1218803C - 限制性扫描气体雾化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种限制性扫描气体雾化系统，由气体雾化喷嘴、导流机构及扫描摆动机构组成，导流机构位于气体雾化喷嘴中间，气体雾化喷嘴通过连接件与扫描摆动机构相连，所述导流机构轴线与气体雾化喷嘴中轴线重合。本发明解决了限制性雾化喷嘴不能摆动扫描的问题，使雾化气体与金属液体的作用能够更为充分，可节省雾化气体的用量，改善扫描雾化过程中的雾化效果，提高喷射成形坯的质量，并可用于喷射成形较宽幅板坯、管坯、棒坯。

Description

限制性扫描气体雾化系统

技术领域

本发明属于气体雾化技术领域，具体地说是一种用于金属喷射成形设备的限制性扫描气体雾化系统。

背景技术

在金属喷射成形过程中，高压气体通过雾化喷嘴对连续的金属液流进行雾化，使之破碎成微小液滴。液滴进而冷却沉积，形成金属坯。该过程是典型的快速凝固过程。雾化喷嘴的设计非常重要，好的雾化喷嘴应具有较高的气体雾化效率，并保证雾化液滴具有较高的冷却速度。另外，为了制备较大的板坯、管坯和圆柱坯，经常要求喷嘴能够在雾化过程中进行扫描摆动。

目前，根据金属液体导流管与雾化喷嘴的配合方式的不同，将用于喷射成形的气体雾化喷嘴分为两类：限制性及非限制性雾化喷嘴。非限制性雾化喷嘴的结构及雾化过程如图1所示，在雾化过程中金属熔体经导流管12后，非限制的流入雾化区；在雾化区内，液流被高压气体通过非限定性雾化喷嘴11雾化形成雾化锥13。在具体应用中，非限制性雾化喷嘴11可与扫描摆动机构联合使用(如图2所示)，实现扫描雾化；其中：扫描摆动机构中21A为转动轴，21B为凸轮，21C为联接传动摆杆。该种方法由于雾化喷嘴扫描角度和摆动频率易于精确控制，因而已经被广泛用于喷射成形金属圆锭及较宽幅的板坯。其缺点是高速气体流在雾化破碎金属液流前动能损失较大，因而雾化效率较低，气体不能被充分利用，造成浪费；另外，金属液滴在喷射雾化过程中易出现反溅，当不断反溅的金属液滴粘附到雾化喷嘴下面凝固积累时，会导致气体雾化喷嘴中心孔的堵塞，这不仅容易损坏喷嘴，而且影响喷射成形过程的连续性和产品的质量。

限制性气体雾化喷嘴的结构及雾化过程如图3所示。在雾化过程中金属液流在导流管12的出口处即被高压气体通过限制性雾化喷嘴31雾化形成雾化锥13。该类限制性雾化喷嘴31的优点是气体的雾化效率高，节省气体，合金熔体的雾化效果好，雾化液滴平均尺寸较小。但该类喷嘴在雾化过程中不能够扫描摆动，所以不能进行扫描雾化，因此，沉积区域较小，不适合用于制备较宽幅的金属板坯、较大口径的管坯及较大直径的金属柱坯。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种限制性扫描雾化喷嘴系统，它能够在保持限制性喷嘴的雾化效率高、节省气体、合金熔体的雾化效果好、雾化液滴平均尺寸较小的同时进行扫描雾化，适合用于较宽幅的金属板坯、较大口径的管坯及较大直径金属圆柱坯的制备。

本发明限制性扫描气体雾化系统的技术方案是：由限制性雾化喷嘴、导流机构及扫描摆动机构组成，导流机构位于限制性雾化喷嘴中间，限制性雾化喷嘴通过连接件与扫描摆动机构相连，实现限制性雾化喷嘴在雾化过程中的摆动扫描；所述导流机构轴线与限制性雾化喷嘴中轴线重合；

所述导流机构由上导流管，中间连接球缺，下导流管三部分构成，上导流管与熔化坩埚底部相连通，下端带有外螺纹，与中间连接球缺螺纹连接，下导流管为杯状结构，上部具有半球形凹槽，其内表面可与中间连接球缺滑动配合相连接，外壁装配在限制性雾化喷嘴的环形内壁上，其下部杯颈部分伸出至限制性雾化喷嘴下方；上导流管、中间连接球缺及下导流管的材质均为高强石墨、氮化硼等耐热材料。

本发明所设计的限制性扫描气体雾化系统的优点在于：

1.本发明的导流机构与气体雾化喷嘴、扫描摆动机构相结合，解决了传统的限制性雾化喷嘴不能扫描的问题，使雾化气体与金属液体的作用能够更为充分，主要适用于金属雾化喷射成形工艺设备，可以用于喷射成形较宽幅金属板坯、较大口径的管坯及较大直径圆柱坯。

2.与现有的非限制性扫描气体雾化喷嘴相比，采用本发明的限制性扫描气体雾化系统时，气体的雾化效率高，合金熔体的雾化效果好，雾化液滴的平均尺寸较小，有利于提高喷射成形工件的质量，节省雾化气体用量，并且可以避免现有非限制性扫描气体雾化喷嘴在喷射过程中经常出现的雾化液滴的反溅现象，有利于保证喷射成形的顺利进行。

3.采用本发明气体雾化喷嘴，扫描幅度及频率可以根据需要任意调节，适应性较强(可用于喷射成形较宽幅板坯、管坯、棒坯)；结构合理，制造与安装均方便。

附图说明

图1为现有技术中非限制性雾化喷嘴结构及雾化过程示意图。

图2为现有技术中非限制性扫描雾化喷嘴与摆动结构联合使用的雾化过程示意图。

图3为现有技术中限制性气体雾化喷嘴的雾化过程图。

图4为本发明限制性扫描气体雾化系统的结构及雾化过程示意图。

具体实施方式

下面根据附图结合具体实施例对本发明的限制性扫描气体雾化系统作进一步的说明。

实施例1

如图4所示，本发明限制性扫描气体雾化系统，由限制性雾化喷嘴31、导流机构41及扫描摆动机构21组成，导流机构41位于限制性雾化喷嘴31中间，限制性雾化喷嘴31为非限制性雾化喷嘴结构，通过连接件与扫描摆动机构21相连，实现限制性雾化喷嘴31在雾化过程中的摆动扫描；所述导流机构41轴线与限制性雾化喷嘴31中轴线重合。

限制性雾化喷嘴31下端有36个通气孔31A(本实施例通气孔31A为环孔结构)均匀分布在其下端圆周上，限制性雾化喷嘴31的外侧壁有雾化气体引入孔31B；所述引入孔31B通过气体导管与雾化气体管路相接，引入雾化气体；限制性雾化喷嘴31装配在扫描摆动机构21上。

本发明原理是：

限制性雾化喷嘴31可以通过扫描摆动机构21进行摆动，下导流管41C流出的金属液体在出口处即被雾化气体破碎，产生限制性雾化机制。

在雾化过程中，由雾化气体管路引入的雾化气体自环形孔喷出，形成雾化气流锥13；本实施例所述上导流管41A、中间连接球缺41B及下导流管41C的材质均采用高强石墨，上导流管41A下端带有外螺纹，与中间连接球缺41B螺纹连接；在喷射成形过程中，上导流管41A上端与坩埚底相通，下部与中间连接球缺41B通过螺纹连接，下导流管41C为杯状结构，上部为凹形球面，与中间连接球缺41B间为接触、可滑动连接，形成完整的导流系统，外侧与限制性雾化喷嘴31连接；限制性雾化喷嘴31扫描摆动时，中间连接球缺41B的球面部分在下导流管41C上的凹球面内滑动旋转，保持导流通路畅通；在扫描雾化过程中，坩埚保持平稳。

本发明以7075铝合金板坯的喷射成形为例，设定限制性雾化喷嘴31的摆动角度为±15°，扫描频率为2Hz，雾化压力为1.2MPa，所产生的雾化粒子的平均直径为70μm；当沉积距离为380mm时，得到了幅宽为400mm的合金板坯。合金板坯的表面光滑，各个区域的密度均匀，致密度较高，合金板坯在后续的轧制之前只需刨削去除很薄的表层，原料的收得率约为78％。

由实施例得知，采用本发明限制性扫描气体雾化系统，可实现限制性扫描雾化机制，金属喷射成形中气体雾化效率高，合金熔体雾化效果好，喷射成形坯件的质量高，金属原料收得率高，并可以制备较宽幅的金属板坯、较大口径的管坯及较大直径金属圆柱坯等。

Claims (2)

1.一种限制性扫描气体雾化系统，其特征在于：由限制性雾化喷嘴(31)、导流机构(41)及扫描摆动机构(21)组成，导流机构位于限制性雾化喷嘴(31)中间，限制性雾化喷嘴(31)通过连接件与扫描摆动机构(21)相连，所述导流机构(41)轴线与限制性雾化喷嘴(31)中轴线重合，所述导流机构(41)由上导流管(41A)，中间连接球缺(41B)，下导流管(41C)三部分构成，上导流管(41A)与熔化坩埚底部相连通，下端带有外螺纹，与中间连接球缺(41B)螺纹连接，下导流管(41C)为杯状结构，上部具有半球形凹槽，其内表面可与中间连接球缺(41B)滑动配合相连接，外壁装配在限制性雾化喷嘴(31)的环形内壁上，其下部杯颈部分伸出至限制性雾化喷嘴(31)下方，中间连接球缺(41B)上开有穿过球缺切除平面的通孔，该通孔与下导流管(41C)的下部杯颈部分开有的通孔相对应。

2.根据权利要求1描述的限制性扫描气体雾化系统，其特征在于：上导流管(41A)、中间连接球缺(41B)及下导流管(41C)的材质均为高强石墨或氮化硼耐热材料。

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