一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置，其特征在于：中频感应熔炉、中转坩埚、高压气体喷嘴、接收器、三维工作台和超声换能器工具头设于真空罐内；真空罐体通过管路连接真空机，侧壁上开有进出料口，中频感应熔炉通过熔炉支架固定在支撑板上，并连接控制其运动的伺服电机机构；中转坩埚置于中频感应熔炉一侧的下方，并通过其底部的螺纹通孔与导流管连接，超声换能器工具头固定于固定支架上。本实用新型专利技术能够有效地细化雾化颗粒，提高金属收得率，其技术路线先进可靠、生产成本低、产品质量易于控制。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置
本专利技术涉及一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置，涉及应用超声雾化技术制备高性能合金及金属基复合材料零部件的喷射成形装置。
技术介绍
喷射成形技术是近30年发展起来的利用快速凝固方法直接制备金属材料坯料或半成品的一种先进的成形技术，主要由熔融金属的雾化、雾化熔滴的沉积等连续过程组成。 喷射成形技术属于快速凝固范畴，从而消除了宏观偏析并细化了组织，提高了材料的性能， 尤其是高合金化材料的热加工性能得到了改善；喷射成形是由熔融金属直接转变为半成品的过程，简化了生产工序，使生产成本比粉末冶金降低40%以上；喷射成形技术具有近终形成形的灵活柔性制造特点。此外，喷射坯件也不存在堆焊或热喷涂等液态表面加工技术中不可避免的表面缺陷。在制造高合金金属部件例如模具嵌入件、工具头等方面这些特征尤其显著。以Osprey模式为代表的传统喷射成形工艺均采用高速惰性气体雾化熔融金属， 其气流速度较低(小于音速)，消耗大量惰性气体，雾化效率较低，并且雾化产生的颗粒尺寸分布不均。为此，美国MIT对雾化装置进行改进完善，发展了 LDC(Liquid Dynamic Compaction)工艺。其原理是将Hartman振动管的谐振原理应用于雾化器，使雾化气体在产生2 2. 5倍超音速气流的同时产生80 IOOkHz的脉冲频率，粉碎效率大为改善。但是雾化器加工困难，并且由于过分强调冷却效率，导致沉积组织疏松。超声气雾化的能量利用率仍然很低并且需要消耗大量的惰性气体，相比之下，超声波雾化是一种能量利用率高、惰性气体消耗量小并且所产生的液滴球形度好、粒度可控、 粒度范围窄的技术，成形部件的晶粒更加细小，微观组织更为均勻一致。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置，用来制备高性能合金或金属基复合材料零部件或模具。该成形装置能够有效地细化雾化颗粒，提高金属收得率，其技术路线先进可靠、生产成本低、产品质量易于控制。技术方案一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置，其特征在于包括真空罐1、中频感应熔炉2、高压气体阀门5、储气罐6、伺服电机机构8、止通棒9、中转坩埚10、高压气体喷嘴 11、接收器12、三维工作台13、超声换能器工具头15、导流管16、控温电阻17、步进电机19、 固定支架22、支撑板23、超声换能器M和真空机25 ；中频感应熔炉2、中转坩埚10、高压气体喷嘴11、接收器12、三维工作台13和超声换能器工具头15设于真空罐1内；真空罐1内部空间被支撑板23分为相互贯通的上下两部分，罐体通过管路连接真空机25，侧壁上开有进出料口 4，罐体内部设有贯通上下的固定支架22 ；中频感应熔炉2通过熔炉支架27固定在支撑板23上，并连接控制其运动的伺服电机机构8;中转坩埚10置于真空罐1的中部， 中频感应熔炉2 —侧的下方，且固定于支撑板23上，外围设有控温电阻17，并通过其底部的螺纹通孔与导流管16连接，中转坩埚10中的熔融金属通过通孔与导流管16组成的通路流下；步进电机19位于中转坩埚10上端并通过支杆固定于固定支架22上，能够带动与之相连的止通棒9的上下运动，使止通棒9的锥形端与中转坩埚10底部的螺纹通孔分离或贴合从而控制熔融金属的流下；超声换能器工具头15固定于固定支架22上，与真空罐1外部的超声换能器M连接，工具头顶端与导流管出口端之间的距离为5 30mm，并保证工具头15 的轴线与由导流管16流下的液流夹角为90 180° ；高压气体喷嘴11位于超声振动工具头15斜上方，通过管路连接真空罐1外部的高压气体阀门5，然后连接储气罐6 ；接收器12 固定在三维工作台13上，整体置于真空罐1底部，且位于导流管16出口的下端。在真空罐1的底部设有收集由于过喷产生的粉末的除粉机构14。所述伺服电机机构8包括伺服电机四和齿轮减速器30，伺服电机四通过齿轮减速器30控制中频感应熔炉2的转动。中转坩埚10上设有温度传感器18，温度传感器18通过支杆固定于固定支架22 上。所述高压气体喷嘴11的下部有一圈集中流向导流管正下方的环缝出气口，出气口切线方向与竖直轴线呈10° 50°夹角。所述高压气体喷嘴11的喷嘴内部形状为Laval型。所述超声换能器工具头15的表面为平面或曲面。有益效果本专利技术提出的一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置的有益效果1、本喷射成形装置结构简单，工艺可控性强；2、直接利用超声振动雾化熔融金属，减少气体消耗，生产成本低；3、本喷射成形装置，可直接生产在尺寸、形状和热力学条件等方面均一化的金属颗粒及粉末；4、本装置可以将处于合适热力学状态的金属液滴按所需金属零件的参数沉积于相应位置，直接从液态金属制备出具有快速凝固组织特征、结构致密、近终形、高质量的金属部件或模具；5、本装置可以制备颗粒增强金属基复合材料，强化颗粒可以通过两种方式获得， 一是对于成形铝基复合材料，高速气流为氧气与惰性气体的混合气体，其中氧气的含量为 5 40vt% (体积分数)。液滴中的铝与氧气发生化学反应在液滴的表面形成一层氧化膜， 在沉积过程中金属熔滴之间或与沉积台发生碰撞，使得表面的氧化膜破裂并均勻弥散在沉积坯中，得到Al2O3Al复合材料；二是在气流喷嘴中加入增强颗粒，通过高速惰性气体使颗粒均勻分布在沉积坯中。附图说明图1 本专利技术提出的喷射成形制备合金及金属基零部件的装置结构示意图；图中，1为真空罐，2为中频感应熔炉，3为中频感应炉电源箱，4为进出料口，5为高压气体阀门，6为储气罐，7为控制器，8为齿轮减速器与伺服电机，9为止通棒，10为中转坩埚，11为高压气体喷嘴，12为接收器，13为三维工作台，14为除粉机构，15为超声换能器工具头，16为导流管，17为控温电阻，18为温度传感器，19为步进电机，20为电机控制开关，21 为温度显示终端，22为固定支架，23为支撑板，24为超声换能器，25为真空机；图2 喷射成形装置的中频感应熔炉示意图；图中，26为中频感应信号及冷却水管道，27为熔炉支架，观为伺服电机电源线，四为伺服电机，30为齿轮减速器；图3 喷射成形装置的气流喷嘴结构示意图；图中，31为高速气体入口，32为增强颗粒入口。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述本专利技术实施例为喷射成形制备合金及金属基零部件的装置，该装置通过压电振荡器产生的振荡扰动熔融金属流，使其破裂为均勻的液滴，金属液滴经高速气体加速，快速撞击接收器，通过控制三维工作台运动轨迹使金属液滴在不同部位沉积固化以制备高质量的金属零部件。该装置由真空装置、金属熔炼装置、雾化装置、沉积装置、控制装置以及除尘装置组成，分别实现真空环境获取、金属熔炼、金属熔体雾化、金属液滴的沉积固化成形、三维工作台行程和电机开关控制以及过喷粉末的收集等功能。真空装置如图1 由真空罐1、真空机M及相应管路组成。真空罐为内径1. 2m的圆柱体，侧壁开有Φ90( πι的进出料口。罐体内部空间被支撑板分为相互贯通的两部分，上部是金属熔炼室，下部是雾化沉积室。抽气孔位于罐体侧壁距顶部1/5处，真空机可以对真空灌抽真空至小于50 ，真空罐内部进出料口的对侧有一贯通上下的固定支架22 ；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张贤杰，王俊彪，司朝润，李玉军，曹小宝，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：