一种高温物料流动控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高温物料流动控制装置及方法。本发明专利技术的控制装置包括气密室、熔炼炉、密封盖、气密室气体压力控制单元、熔炼炉气体压力控制单元、气体温度控制单元，含有两个气体回路。本发明专利技术控制方法的原理是：第一气体回路在气密室内，作用于物料底部，提供向上的作用力；第二气体回路在熔炼炉内，作用于物料的上部，提供向下的作用力。物料受到气体压力差、重力等作用，改变物料受到的合力大小及方向，可以完成在熔炼过程的物料托举，喷射过程的物料流动，如：启动、停止、流量和流速，非接触式的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高温物料流动控制装置及方法。
技术介绍
高温物料成形分为金属液态成形和非金属液态成形。金属的液态成形又称为铸造，其原理：将固态物料加热到液态，使其符合一定的化学成分要求，并具有一定的流动能力，然后浇入到铸型中，在重力场或外力场的作用下冷却、结晶凝固后获得具有一定形状和性能要求的铸件或铸锭的一种热加工方法。非金属液态成形，如：陶瓷注射成型，将陶瓷粉料与热塑性树脂、石蜡、增塑剂、溶剂等加热混匀后进入注射成型机中经加热熔融后获得塑性，在一定的压力下从喷嘴高速喷注人金属模腔内，在极短时间内冷却固化而得以成型。液态成形是制造业的重要分支，使用范围广，可以生产出各种形状和大小的零件，尺寸精度较高、成本低廉。浇注成型作为液态成形技术的一种，一般采用倾覆式浇注或底部开孔浇注。前者是转动高温熔炼炉，熔炼炉内熔融态物料流出，通过浇口杯进入模具内浇铸成型；后者是当熔炼完成后，将熔炼炉下端的塞杆移出，使熔融态物料从熔炼炉底部流入模具内浇铸成型。无论哪一种方式，在成形过程中，重力或外力作用于熔融态物料，精确的流量、流速控制是一个巨大挑战。为了解决这个问题，一般采用高温阀芯控制，这种接触式的机械阀结构复杂，高温密封性能差，操作不方便。与熔融态物料直接接触，可能发生化学反应，污染原材料。熔融态物料流经阀芯，有残留，凝固后易堵塞阀芯，清理不方便，使用寿命短。作为高温液态金属成形重要应用领域之一的熔融态金属3D打印，其利用熔融沉积成型法中金属微滴热沉技术作为基础，通过外力迫使金属熔液以均匀微滴的形式从喷嘴中喷射出来，通过控制金属微滴的堆积轨迹，进行逐点、逐层堆积，直至成型出微小零件。其主要挑战在于熔融态物料的精确流动控制。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种高温物料流动控制装置及方法。通过气体压力差控制高温物料流动的启动与停止、流速快慢、流量大小的控制方法，广泛应用于高分子材料、各种高温金属、合金和陶瓷流动及成形的领域，实现高温物料流动的非接触式、高精度控制。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高温物料流动控制装置，包括气密室、熔炼炉、密封盖、气密室气体压力控制单元、熔炼炉气体压力控制单元、气体温度控制单元；所述熔炼炉处于气密室内，所述密封盖与熔炼炉顶部密封连接，熔炼炉底部开有底孔；所述气密室下部侧面开有气密室下进气口、气密室下出气口，所述气密室下进气口、气密室下出气口连接气密室气体压力控制单元；所述气密室顶部开有气密室上进气口、气密室上出气口，所述气密室上进气口、气密室上出气口上端连接熔炼炉气体压力控制单元，所述密封盖开有密封盖进气口和密封盖出气口；所述密封盖进气口与气密室上进气口通过气体管路连接，所述密封盖出气口与气密室上出气口通过气体管路连接，所述气体温度控制单元安装在气密室下进气口上，实时检测并调节流入气密室下进气口的气体温度；所述气密室气体压力控制单元、气密室下进气口、气密室、熔炼炉的物料下部、气密室下出气口组成第一气体回路，第一气体回路产生向上的力作用于物料下部；所述熔炼炉气体压力控制单元、气密室上进气口、熔炼炉的物料上部、气密室上出气口组成第二气体回路，第二气体回路产生向下的力作用于物料上部。所述熔炼炉可以是石墨坩埚、水冷坩埚、金属坩埚、石英坩埚或陶瓷坩埚。一种高温物料流动控制方法，使用上述的装置，具有如下步骤：(a)在熔炼前，抽去装置内的杂质气体，使气密室和熔炼炉内处于真空状态：熔炼前，取下密封盖，将物料加入熔炼炉中，盖好密封盖；此时，物料与熔炼炉之间有空隙，第一气体回路与第二气体回路连通；气密室气体压力控制单元关闭气密室下进气口和气密室下出气口；熔炼炉气体压力控制单元关闭气密室上进气口，开启气密室上出气口；熔炼炉气体压力控制单元控制第二气体回路的抽气速率，第一气体回路中的气密室通过第二气体回路与熔炼炉共同形成真空状态；(b)在熔炼过程中，熔融态物料在熔炼炉内处于被托举状态，不会流出熔炼炉底孔：熔炼过程中，熔融态物料与熔炼炉完全接触，第一气体回路与第二气体回路不连通；气密室气体压力控制单元开启气密室下进气口、关闭气密室下出气口；熔炼炉气体压力控制单元开启气密室上出气口、关闭气密室上进气口；气体温度控制单元控制第一气体回路气体温度；调整第一气体回路和第二气体回路的气体压力大小，使得物料所受的合力为零，在熔炼过程中物料处于被托举状态，不会流出熔炼炉底孔；(c1)熔炼结束喷射过程中，实现熔融态物料喷射启动控制：喷射过程中，第一气体回路与第二气体回路仍不连通；气密室气体压力控制单元开启气密室下出气口、关闭气密室下进气口；熔炼炉气体压力控制单元开启气密室上进气口、关闭气密室上出气口；调整第一气体回路和第二气体回路的气体压力大小，使得物料所受的合力大于零、方向向下，驱动物料从熔炼炉底孔流出，实现喷射启动。(c2)熔炼结束喷射过程中，实现熔融态物料喷射流量和流速控制：喷射过程中，第一气体回路与第二气体回路仍不连通；气密室气体压力控制单元开启气密室下出气口、关闭气密室下进气口；熔炼炉气体压力控制单元开启气密室上进气口、关闭气密室上出气口；调整第一气体回路和第二气体回路的气体压力大小，使得物料所受的合力大于零、方向向下，并调整物料上下部压力差的大小，精确控制物料的喷射流速和流量。(c3)熔炼结束喷射过程中，实现熔融态物料喷射停止控制：喷射过程中，第一气体回路与第二气体回路仍不连通；气密室气体压力控制单元开启气密室下进气口、关闭气密室下出气口；熔炼炉气体压力控制单元开启气密室上出气口、关闭气密室上进气口；气体温度控制单元控制第一气体回路气体温度；调整第一气体回路和第二气体回路的气体压力大小，从而控制物料上下部压力差的大小，使得物料所受的合力大于零、方向向上，使物料的流速减小直至为零，物料喷射停止。所述物料可以是高分子材料、高温金属、合金或陶瓷。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：本专利技术提供的一种高温物料流动的控制方法及装置，对于高温的熔融态物料流动控制，基于熔炼炉内物料上部和下部的气体压力差与物料重力相平衡的原理，实现熔融态物料高温下流动的启动、停止、流量、流速等非接触式控制。气密室能够提供正压，有助于改善凝固过程中微观组织，还能起到当熔炼炉突发意外情况时保护人身安全的作用。本专利技术无机械式流动控制阀门，具有高精度的流动控制，无污染、结构简单、无管道堵塞、使用寿命长、操作简单、低成本的优点。本专利技术提供可使用的熔炼炉范围广泛，例如石墨坩埚、水冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温物料流动控制装置，其特征在于，包括气密室（1）、熔炼炉（2）、密封盖（3）、气密室气体压力控制单元（4‑1）、熔炼炉气体压力控制单元（4‑2）、气体温度控制单元（5）；所述熔炼炉（2）处于气密室（1）内，所述密封盖（3）与熔炼炉（2）顶部密封连接，熔炼炉（2）底部开有底孔；所述气密室（1）下部侧面开有气密室下进气口（1‑1）、气密室下出气口（1‑2），所述气密室下进气口（1‑1）、气密室下出气口（1‑2）连接气密室气体压力控制单元（4‑1）；所述气密室（1）顶部开有气密室上进气口（1‑3）、气密室上出气口（1‑4），所述气密室上进气口（1‑3）、气密室上出气口（1‑4）上端连接熔炼炉气体压力控制单元（4‑2），所述密封盖（3）开有密封盖进气口（3‑1）和密封盖出气口（3‑2）；所述密封盖进气口（3‑1）与气密室上进气口（1‑3）通过气体管路连接，所述密封盖出气口（3‑2）与气密室上出气口（1‑4）通过气体管路连接，所述气体温度控制单元（5）安装在气密室下进气口（1‑1）上，实时检测并调节流入气密室下进气口（1‑1）的气体温度；所述气密室气体压力控制单元（4‑1）、气密室下进气口（1‑1）、气密室（1）、熔炼炉（2）的物料下部、气密室下出气口（1‑2）组成第一气体回路，第一气体回路产生向上的力作用于物料下部；所述熔炼炉气体压力控制单元（4‑2）、气密室上进气口（1‑3）、熔炼炉（2）的物料上部、气密室上出气口（1‑4）组成第二气体回路，第二气体回路产生向下的力作用于物料上部。...

【技术特征摘要】
1.一种高温物料流动控制装置，其特征在于，包括气密室（1）、熔炼炉（2）、密封盖（3）、气密室气体压力控制单元（4-1）、熔炼炉气体压力控制单元（4-2）、气体温度控制单元（5）；所述熔炼炉（2）处于气密室（1）内，所述密封盖（3）与熔炼炉（2）顶部密封连接，熔炼炉（2）底部开有底孔；所述气密室（1）下部侧面开有气密室下进气口（1-1）、气密室下出气口（1-2），所述气密室下进气口（1-1）、气密室下出气口（1-2）连接气密室气体压力控制单元（4-1）；所述气密室（1）顶部开有气密室上进气口（1-3）、气密室上出气口（1-4），所述气密室上进气口（1-3）、气密室上出气口（1-4）上端连接熔炼炉气体压力控制单元（4-2），所述密封盖（3）开有密封盖进气口（3-1）和密封盖出气口（3-2）；所述密封盖进气口（3-1）与气密室上进气口（1-3）通过气体管路连接，所述密封盖出气口（3-2）与气密室上出气口（1-4）通过气体管路连接，所述气体温度控制单元（5）安装在气密室下进气口（1-1）上，实时检测并调节流入气密室下进气口（1-1）的气体温度；所述气密室气体压力控制单元（4-1）、气密室下进气口（1-1）、气密室（1）、熔炼炉（2）的物料下部、气密室下出气口（1-2）组成第一气体回路，第一气体回路产生向上的力作用于物料下部；所述熔炼炉气体压力控制单元（4-2）、气密室上进气口（1-3）、熔炼炉（2）的物料上部、气密室上出气口（1-4）组成第二气体回路，第二气体回路产生向下的力作用于物料上部。
2.根据权利要求1所述的高温物料流动控制装置，其特征在于，所述熔炼炉（2）是石墨坩埚、水冷坩埚、金属坩埚、石英坩埚或陶瓷坩埚。
3.一种高温物料流动控制方法，使用如权利要求1所述的装置，其特征在于，具有如下步骤：
（a）在熔炼前，抽去装置内的杂质气体，使气密室（1）和熔炼炉（2）内处于真空状态：熔炼前，取下密封盖（3），将物料加入熔炼炉（2）中，盖好密封盖（3）；此时，物料与熔炼炉（2）之间有空隙，第一气体回路与第二气体回路连通；气密室气体压力控制单元（4-1）关闭气密室下进气口（1-1）和气密室下出气口（1-2）；熔炼炉气体压力控制单元（4-2）关闭气密室上进气口（1-3），开启气密室上出气口（1-4）；熔炼炉气体压力控制单元（4-2）控制第二气体回路的抽气速率，第一气体回路中的气密室（1）通过第二气体回...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金松，伊春明，王志亮，周志鹏，刘超，许阁，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31