[实用新型]一种与连续挤压机匹配的喷射沉积装置

说明书

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。