CN203346464U - 一种与连续挤压机匹配的喷射沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种与连续挤压机匹配的喷射沉积装置，属于喷射沉积技术领域。包括熔炼系统和喷射系统，喷射系统由带有雾化器的导流管构成，导流管的与熔炼系统相连，还包括区域控制系统，区域控制系统由两个可自转的圆盘组成，两个圆盘盘面相对、呈“V”字型放置，且两个圆盘的“V”字型底端留出10～28mm的距离形成一个出口；导流管分布在两个圆盘的“V”字型的上方中线处，连续挤压机的挤压轮轮槽位于两个圆盘的“V”字型的下方中线处。该装置喷射的沉积坯的宽度可以有效控制在10～28mm范围，能够真正实现喷射沉积与连续挤压工艺的连续和一体化成型。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种与连续挤压机匹配的喷射沉积装置，属于喷射沉积技术领域。
背景技术
喷射成形法（spray forming, spray cast, spray deposition）可在一步冶金操作中完成从液态金属(或合金)制取整体致密、组织细化、成分均匀、结构完整并接近零件实际形状的材料,作为一种半固态近净形加工技术，该方法备受国内外研究者的关注。美中不足的是，喷射沉积法制备的材料内会存在孔隙和非完全冶金结合问题，这对材料的力学性能和物理性能都不利，需采用热挤压、锻造、轧制等致密化工艺对沉积坯进行二次加工。这不仅延长了生产周期，而且会使原本就不高的成材率进一步下降。
近期，昆明理工大学提出喷射沉积连续挤压新技术（spray Conform），即将喷射沉积和连续挤压两种先进技术结合在一起，喷射沉积为连续挤压提供半固态坯料，连续挤压在线完成喷射沉积坯的致密化，并形成所需的管棒型线材，乃至包覆材。其工作原理如下：合金熔炼后，合金液从导流管流出，经过雾化器时，熔液在高速气流的作用下，雾化为熔滴，熔滴飞向连续挤压机的挤压轮并沉积在轮槽内，成为连续挤压的坯料。坯料随挤压轮旋转，至堵头处受阻而转入模腔，在模具作用下形成制品，见图1。该技术具有流程短、能耗低、近净形、制品组织及性能优良、环境友好等优点，特别适用于高合金或低塑性材料的一次成形。
喷射沉积连续挤压技术的瓶颈在于实现喷射沉积区域与连续挤压机挤压轮轮槽间的匹配比较困难：通常喷射沉积区域宽度在200mm以上，而常规的连续挤压机挤压轮轮槽宽度约10mm，最大也不过20mm。课题组曾采用气刀（Air knives）、钢板、石墨板、流型控制器等约束喷射熔滴的飞行轨迹，试图形成窄条状的沉积坯。采用气刀时，沉积坯的宽度可控制在100mm左右，与预期结果相差甚远。采用钢板和石墨板时，铝液熔滴很容易粘附在板上，尤其是在钢板或石墨板温度较高（600-700℃）时，板间缝隙易被堵塞。之后，设计并制作了流型控制器，其原理如图2所示。试验发现，在辊轮高速旋转时，熔滴不会粘在辊面，喷射沉积坯宽度可控制在较理想的范围内，但仍有较多熔滴会沉积在挤压轮轮槽之外。
本实用新型提出一种可与连续挤压机匹配良好的喷射沉积方法及装置，采用该方法及装置可将熔融的合金熔液一步形成细窄条的沉积坯，即可将雾化后液滴的沉积区域控制在连续挤压机挤压轮轮槽内。
发明内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种与连续挤压机匹配的喷射沉积装置，该装置喷射的沉积坯的宽度可以有效控制在10～28mm范围，能够真正实现喷射沉积与连续挤压工艺的连续和一体化成型。
本实用新型与连续挤压机匹配的喷射沉积装置的结构为：包括熔炼系统和喷射系统，喷射系统由带有雾化器7的导流管6构成，导流管6的与熔炼系统相连，还包括区域控制系统，区域控制系统由两个可自转的圆盘1组成，两个圆盘1盘面相对、呈“V”字型放置，且两个圆盘1的“V”字型底端留出10～28mm的距离形成一个出口；导流管6分布在两个圆盘1的“V”字型的上方中线处，连续挤压机的挤压轮轮槽9位于两个圆盘1的“V”字型的下方中线处。
所述导流管6是矩形扁管，导流管6套在雾化器7上，雾化器7上分布有多个气孔11。如图2所示。
所述两个圆盘1的直径均为150～320mm、组成的“V”字型的夹角为10～30°。两个圆盘通过变频电机2带动旋转。
所述导流管6的下端与两个圆盘1组成的“V”字型上端的距离为-20～30mm。-20mm是指导流管6的下端低于两个圆盘1的“V”字型上端20mm。
所述两个圆盘1的“V”字型下端出口与挤压轮10的上端距离为5～15mm。
所述熔炼系统由熔炼炉3和塞棒5组成，塞棒5塞住熔炼炉3的出口。
本实用新型与连续挤压机匹配的喷射沉积装置的应用方法包括以下步骤：首先调整两个圆盘1的转速均为102～104r/min，然后将熔炼好的合金液从导流管5导出，通过雾化器7的气体喷射形成雾化熔滴，雾化熔滴顺着圆盘的“V”字型底端开口处流出，在挤压轮轮槽9中形成宽度为10～28mm的沉积坯。沉积坯的孔隙率与现有技术相比降低了10～30vol%，晶粒尺寸为0.5～10μm。
所述两个圆盘1面对盘面观察时的旋转方向为一个顺时针、一个逆时针。
所述合金液为一切适用于喷射沉积方法加工的金属或合金熔体。例如铝及铝合金、铜及铜合金。
所述步骤（1）熔炼好的合金液的过热度为150～300℃。
所述雾化器7喷射的气体为惰性气体，从雾化器7中喷射出来的气体的压力为0.2～1Mpa。
所述圆盘的材质为纯铜，表面光滑。纯铜表面光洁不容易粘连，且可以通入冷却水，提高圆盘的热传导效率。
本实用新型的原理为：合金熔液在熔炼炉3内加热至既定过热度后，打开塞棒5，合金熔液从与炉底连接的导流管中流出，熔液被从雾化器吹出的惰性气体雾化成不同尺寸的熔滴，熔滴在飞行过程中，一部分通过两个旋转的圆盘1间隙直接落入挤压轮轮槽内，一部分落在高速旋转的圆盘1上，落在圆盘1上的熔滴与圆盘1碰撞后破碎成更小的熔滴，同时熔滴改变方向，飞向轮槽并沉积在轮槽内。最终在挤压轮轮槽9内形成半固态的沉积坯，为连续挤压提供坯料。
本实用新型的优点或积极效果：本装置可实现高质量窄条状沉积坯的喷射成形，可实现与连续挤压机的良好匹配，该装置与连续挤压机可进行有机结合，组成喷射沉积连续挤压设备，这对加快喷射沉积连续挤压新技术的研究步伐非常有利，甚至可对高质量高性能材料的短流程连续制备技术的发展起到一定的推动作用；本装置制备得到的沉积坯成材率高。孔隙率降低了10～30vol%，晶粒尺寸为0.5～10μm。本装置结构简单，成本低廉，控制和维护方便，体积小，易实现自动控制。
附图说明
图1是本实用新型的装置结构示意图；
图2是本实用新型的雾化器结构示意图；
图3为本实用新型装置的两个圆盘位置关系示意图。
图中各标号为：1-圆盘，2-变频电机，3-熔炼炉，4-金属熔液，5-塞棒，6-导流管，7-雾化器，8-金属熔滴，9-挤压轮轮槽，10-挤压轮，11-气孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。
实施方式一：如图1～3所示，本实用新型与连续挤压机匹配的喷射沉积装置的结构为：包括熔炼系统和喷射系统，喷射系统由带有雾化器7的导流管6构成，导流管6的与熔炼系统相连，还包括区域控制系统，区域控制系统由两个可自转的圆盘1组成，两个圆盘1盘面相对、呈“V”字型放置，且两个圆盘1的“V”字型底端留出10mm的距离形成一个出口；导流管6分布在两个圆盘1的“V”字型的上方中线处，连续挤压机的挤压轮轮槽9位于两个圆盘1的“V”字型的下方中线处。导流管6是矩形扁管，导流管6套在雾化器7上，雾化器7上分布有24个气孔11。两个圆盘1的直径均为200mm、组成的“V”字型的夹角为30°。两个圆盘通过变频电机2带动旋转。导流管6的下端与两个圆盘1组成的“V”字型上端的距离为10mm。两个圆盘1的“V”字型下端出口与挤压轮10的上端距离为15mm。熔炼系统由熔炼炉3和塞棒5组成，塞棒5塞住熔炼炉3的出口。
本发明的与连续挤压机匹配的喷射沉积装置的使用方法为：首先调整两个圆盘1的转速均为103r/min，两个圆盘1面对盘面观察时的旋转方向为一个顺时针、一个逆时针，然后将熔炼好的过热度为150℃的Al-25Si合金液从导流管5导出，通过雾化器7中压力为.08Mpa的氩气喷射形成雾化熔滴，雾化熔滴顺着圆盘1的“V”字型底端开口处流出，在挤压轮轮槽9中形成宽度为10mm的沉积坯。沉积坯的孔隙率与现有技术相比降低了10vol%，晶粒尺寸为0.5～6μm。
实施方式二：如图1所示，本实用新型与连续挤压机匹配的喷射沉积装置的结构为：包括熔炼系统和喷射系统，喷射系统由带有雾化器7的导流管6构成，导流管6的与熔炼系统相连，还包括区域控制系统，区域控制系统由两个可自转的圆盘1组成，两个圆盘1盘面相对、呈“V”字型放置，且两个圆盘1的“V”字型底端留出28mm的距离形成一个出口；导流管6分布在两个圆盘1的“V”字型的上方中线处，连续挤压机的挤压轮轮槽9位于两个圆盘1的“V”字型的下方中线处。导流管6是矩形扁管，导流管6套在雾化器7上，雾化器7上分布有48个气孔11。两个圆盘1的直径均为150mm、组成的“V”字型的夹角为10°。两个圆盘通过变频电机2带动旋转。导流管6的下端与两个圆盘1组成的“V”字型上端的距离为-20mm。两个圆盘1的“V”字型下端出口与挤压轮10的上端距离为5mm。熔炼系统由熔炼炉3和塞棒5组成，塞棒5塞住熔炼炉3的出口。
本发明的与连续挤压机匹配的喷射沉积装置的使用方法为：首先调整两个圆盘1的转速均为102r/min，两个圆盘1面对盘面观察时的旋转方向为一个顺时针、一个逆时针，然后将熔炼好的过热度为300℃的Al-25Si合金液从导流管5导出，通过雾化器7中压力为0.2Mpa的氩气喷射形成雾化熔滴，雾化熔滴顺着圆盘1的“V”字型底端开口处流出，在挤压轮轮槽9中形成宽度为28mm的沉积坯。沉积坯的孔隙率与现有技术相比降低了12vol%，晶粒尺寸为2～10μm。
实施方式三：如图1所示，本实用新型与连续挤压机匹配的喷射沉积装置的结构为：包括熔炼系统和喷射系统，喷射系统由带有雾化器7的导流管6构成，导流管6的与熔炼系统相连，还包括区域控制系统，区域控制系统由两个可自转的圆盘1组成，两个圆盘1盘面相对、呈“V”字型放置，且两个圆盘1的“V”字型底端留出25mm的距离形成一个出口；导流管6分布在两个圆盘1的“V”字型的上方中线处，连续挤压机的挤压轮轮槽9位于两个圆盘1的“V”字型的下方中线处。导流管6是矩形扁管，导流管6套在雾化器7上，雾化器7上分布有20个气孔11。两个圆盘1的直径均为320mm、组成的“V”字型的夹角为18°。两个圆盘通过变频电机2带动旋转。导流管6的下端与两个圆盘1组成的“V”字型上端的距离为30mm。两个圆盘1的“V”字型下端出口与挤压轮10的上端距离为10mm。熔炼系统由熔炼炉3和塞棒5组成，塞棒5塞住熔炼炉3的出口。
本发明的与连续挤压机匹配的喷射沉积装置的使用方法为：首先调整两个圆盘1的转速均为104r/min，两个圆盘1面对盘面观察时的旋转方向为一个顺时针、一个逆时针，然后将熔炼好的过热度为200℃的Cu-15wt%Al高铝青铜合金液从导流管5导出，通过雾化器7中压力为1Mpa的氮气喷射形成雾化熔滴，雾化熔滴顺着圆盘1的“V”字型底端开口处流出，在挤压轮轮槽9中形成宽度为28mm的沉积坯。沉积坯的孔隙率与现有技术相比降低了30vol%，晶粒尺寸为0.5～2μm。
以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种与连续挤压机匹配的喷射沉积装置，包括熔炼系统和喷射系统，喷射系统由带有雾化器（7）的导流管（6）构成，导流管（6）的与熔炼系统相连，其特征在于：还包括区域控制系统，区域控制系统由两个自转的圆盘（1）组成，两个圆盘（1）盘面相对、呈“V”字型放置，且两个圆盘（1）的“V”字型底端留出10～28mm的距离形成一个出口；导流管（6）分布在两个圆盘（1）的“V”字型的上方中线处，连续挤压机的挤压轮轮槽（9）位于两个圆盘（1）的“V”字型的下方中线处。
2.根据权利要求1所述的与连续挤压机匹配的喷射沉积装置，其特征在于：所述导流管（6）是矩形扁管，导流管（6）套在雾化器（7）上，雾化器（7）上分布有多个气孔（11）。
3.根据权利要求1所述的与连续挤压机匹配的喷射沉积装置，其特征在于：所述两个圆盘（1）的直径均为150～320mm、组成的“V”字型的夹角为10～30°。
4.根据权利要求1所述的与连续挤压机匹配的喷射沉积装置，其特征在于：所述导流管（6）的下端与两个圆盘（1）组成的“V”字型上端的距离为-20～30mm。
5.根据权利要求1所述的与连续挤压机匹配的喷射沉积装置，其特征在于：所述两个圆盘（1）的“V”字型下端出口与挤压轮（10）的上端距离为5～15mm。
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