專利名稱：一種環(huán)孔式超音速氣體霧化噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及霧化液體介質(zhì)的裝置，特別涉及一種環(huán)孔式超音速氣體霧化噴嘴。
背景技術(shù)：
粉末冶金技術(shù)是在近幾十年發(fā)展起來的，是通過將液態(tài)金屬用霧化氣體粉碎、快速冷卻凝固后制取金屬粉末，然后利用各種固結(jié)和熱致密化工藝來制備坯料，得到晶粒細(xì)小、成分均勻、性能優(yōu)良材料的一種技術(shù)。
噴射成形是在粉末冶金氣體霧化制粉基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種近終形、半固態(tài)冶金成形加工技術(shù)。它既能克服傳統(tǒng)的冶鑄工藝帶來的缺陷，又可免除粉末冶金的制粉、壓制、燒結(jié)等多道工序。噴射成形工藝中所涉及的霧化裝置的核心部件就是霧化噴嘴。高的氣體射流速度可使霧化金屬顆粒更加細(xì)小，顆粒的冷卻速度更大，進(jìn)而使噴射成形金屬坯件的質(zhì)量更高，噴射距離縮短，氣體耗量降低。
為了得到更小的霧化金屬顆粒和更快的冷卻速度，有人通過采用二級(jí)霧化的方法來實(shí)現(xiàn)，例如，英國(guó)的OSPREY金屬有限公司，在其美國(guó)專利US4905899(1990年3月6日公布)中就公開了類似技術(shù)。但該種技術(shù)的不足之處在于，所需氣體的消耗過大。
為了得到更小的霧化金屬顆粒和更快的冷卻速度，有人通過獲得超音速霧化氣流的方法來實(shí)現(xiàn)，例如，美國(guó)INT NICKEL公司在其1978年1月3日公布的美國(guó)專利US4066117揭露了完全采用拉瓦爾噴管的霧化噴嘴，該專利將預(yù)先制作好的多根拉瓦爾管采用螺扣連接的方式固定到霧化噴嘴上并與其內(nèi)部腔體相聯(lián)通。但該專利的不足之處在于，拉瓦爾管的內(nèi)部管徑必需較大，其喉口直徑達(dá)3.5毫米以上，否則難以加工。另外，由于該管的外徑較粗，霧化噴嘴的圓周上很難布置較多的拉瓦爾管，即使是布置少量的管，由于安裝空間有限也不得不采用長(zhǎng)、短相間布置。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是通過對(duì)現(xiàn)有霧化噴嘴的改進(jìn)來提高氣體霧化射流速度，獲得高氣體沖擊力和高冷卻速度，從而達(dá)到霧化顆粒細(xì)小、均勻，快速凝固的效果。
根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提供一種環(huán)孔式超音速氣體霧化噴嘴，包括嘴芯，其具有本體和由本體上部向外圓周延伸的凸緣，該本體上設(shè)有第一通道；嘴套，其內(nèi)形成有腔體和與腔體相通的第二通道；所述嘴套在其側(cè)面還設(shè)有開口，該開口與所述腔體相通；其特征在于，所述嘴芯本體具有周向的凸形異形外表面，所述嘴套的第二通道具有周向的凹形異形內(nèi)表面，所述兩表面緊密配合；其中，在所述嘴套的凹形異形內(nèi)表面上間隔地開設(shè)有多個(gè)溝槽，在異形內(nèi)表面與異形外表面緊密配合后，形成多個(gè)具有傾斜角度的、圓周方向分布的、拉瓦爾特征的第三通道，該第三通道與所述腔體相通。
優(yōu)選的，當(dāng)所述嘴芯與嘴套組裝后，嘴套的第二通道的通道壁與嘴芯的上部凸緣底表面有間隔，從而使第三通道與腔體相通。
較佳的，所述嘴芯的異形外表面和嘴套的異形內(nèi)表面的截面線分別由曲線、直線、折線的一種或幾種組成；該曲線是圓弧線、橢圓弧線、拋物線和雙曲線的一種或幾種的組合。
根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，本實(shí)用新型提供一種環(huán)孔式超音速氣體霧化噴嘴，包括嘴芯，其具有本體和由本體上部向外圓周延伸的凸緣，該本體上設(shè)有第一通道；嘴套，其內(nèi)形成有腔體和與腔體相通的第二通道；所述嘴套在其側(cè)面還設(shè)有開口，該開口與所述腔體相通；其特征在于，所述嘴芯本體具有周向的凹形異形外表面，所述嘴套的第二通道具有周向的凸形異形內(nèi)表面，所述兩表面緊密配合；其中，在所述嘴芯的凹形異形外表面上間隔地開設(shè)有多個(gè)溝槽，從而在異形外表面與異形內(nèi)表面緊密配合后，形成多個(gè)具有傾斜角度的、圓周方向分布的、拉瓦爾特征的第三通道，該第三通道與所述腔體相通。
本實(shí)用新型的有益效果1)在圓周方向上間隔分布的溝槽，通過溝槽的加工和凹凸面的配合，形成了具有收縮段、喉口和擴(kuò)張段的拉瓦爾噴管特性的環(huán)孔式霧化噴嘴，它具有高霧化氣流速度、高氣體沖擊力和高冷卻速度，可以達(dá)到霧化的金屬顆粒細(xì)小、均勻以及快速凝固的效果；2)制作工藝簡(jiǎn)單、可靠，組裝容易，成本低。3)可根據(jù)具體應(yīng)用，在嘴套或嘴芯的凹形異形表面上加工溝槽時(shí)，通過設(shè)定溝槽的數(shù)量或尺寸來調(diào)整環(huán)孔(第三通道)的孔隙總截面的大小。


圖1A-圖1B分別為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的噴嘴的嘴芯的立體透視圖和縱剖面圖；圖2A-圖2B分別為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的噴嘴的嘴套的立體透視圖和縱剖面圖，在該圖中未顯示嘴套上面的溝槽；圖3為圖1中嘴芯與圖2中噴套組裝后的縱剖面圖，顯示了兩異形表面的緊密配合關(guān)系；圖4A-圖4C分別為圖2中嘴套加工有弧形溝槽后的立體透視圖(有一傾斜角度)、俯視圖以及縱剖面圖；圖5A-圖5C分別為圖2中嘴套加工有矩形溝槽后的立體透視圖、俯視圖以及縱剖面圖；圖6A-圖6B為圖1中嘴芯與圖5中噴套組裝后的立體透視圖及縱剖面圖，顯示溝槽與腔體相通的結(jié)構(gòu)關(guān)系；圖7和圖8為圖6中噴嘴的仰視圖，分別示出了弧形溝槽和矩形溝槽所在的位置；圖9A-圖9E為圖3中A部分的放大圖，顯示了嘴芯和嘴套的幾種配合方式；圖10為噴嘴使用在噴射成形過程中的位置示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1A～圖9所示，在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，噴嘴100包括嘴芯1和嘴套2，嘴芯1安裝于嘴套2內(nèi)。所述嘴芯1呈帽狀結(jié)構(gòu)，具有本體11和由本體上部向外圓周延伸的凸緣12，在嘴芯1的中心位置處設(shè)置第一通道13，用于使待噴射的合金液流過其中；該本體11具有凸形異形外表面111(見圖1B)。所述嘴套2呈盆狀，具有基壁21和由基壁21圍成的腔體22，在嘴套2的中心位置處設(shè)有第二通道23，該第二通道23是由第二通道壁24從腔體22的底部向上突起圍成的，該第二通道23具有凹形異形內(nèi)表面231(見圖2B)。在該基壁21上一側(cè)設(shè)有開口211，以便外部氣體介質(zhì)輸送入腔體22內(nèi)。當(dāng)組裝噴嘴100時(shí)，首先將嘴芯1的本體11插入嘴套2的第二通道23內(nèi)，使嘴芯1的異形外表面111與嘴套2的異形內(nèi)表面231緊密結(jié)合。在組裝后，嘴芯1的本體11的凸形異形外表面111與嘴套2的第二通道23的凹形異形內(nèi)表面231形成緊密配合(圖3)。
其中，在所述嘴套2的凹形異形內(nèi)表面231上間隔地開設(shè)有多個(gè)溝槽232，從而在異形內(nèi)表面231與異形外表面111緊密配合后，形成多個(gè)具有傾斜角度的、圓周方向分布的、拉瓦爾特征(通常具有收縮段、喉口段和擴(kuò)張段)的第三通道3，該第三通道3與噴嘴2的腔體22相通(見圖6C)，從而使得外部高壓氣流通過噴嘴上的開口211進(jìn)入腔體22后由多個(gè)通道3噴出。為保證第三通道3與腔體22相通，可借助于如上所述的對(duì)嘴套的第二通道的通道壁24高度的設(shè)計(jì)，使得在組裝成噴嘴后，通道壁24的上表面與嘴芯1本體11的上部凸緣12底表面有間隔，從而使第三通道與腔體相通，或通過其它方法將溝槽穿透通道壁，從而實(shí)現(xiàn)第三通道與所述嘴套腔體的連通。
需要說明的是，嘴套2的第二通道23的凹形異形內(nèi)表面231上的溝槽232可以為弧形(見圖4)或矩形(見圖5)。在圖1-圖9中嘴芯1的異形外表面111為凸形，嘴套2的異形內(nèi)表面231為凹形，因此形成第三通道3的溝槽232設(shè)置在異形內(nèi)表面231上；但可以實(shí)踐的是，嘴芯1的異形外表面111為凹形，嘴套2的異形內(nèi)表面231為凸形，因此形成第三通道3的溝槽232設(shè)置在嘴芯1的異形外表面111上?？傊?，上述異形外表面和異形內(nèi)表面要緊密配，他們的配合形式可有多種，如圖9A-圖9B所示。
較佳的，所述嘴芯1的異形外表面111和嘴套2的異形內(nèi)表面232的截面線分別由曲線、直線、折線的一種或幾種組成；該曲線是圓弧線、橢圓弧線、拋物線和雙曲線的一種或幾種的組合。
參見圖10，使用如圖6所示的噴嘴100進(jìn)行合金液流的噴射成形技術(shù)的基本原理就非常清楚從噴嘴100內(nèi)的拉瓦爾型第三通道內(nèi)噴出高壓惰性氣體，將從其上部容器200內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)流管300流出的合金液流400霧化成細(xì)小的熔滴500，熔滴500在高速氣流的作用下飛行并被逐漸冷卻，在這些熔滴尚未完全凝固前將其沉積到具有一定形狀的沉積器600上，通過改變?nèi)鄣紊淞?00與沉積器600的相對(duì)位置和沉積器的運(yùn)動(dòng)形式，可以得到盤(柱)、管(環(huán))、板(帶)等不同形狀的半成品坯件。
為了使從噴嘴100的環(huán)狀的拉瓦爾型第三通道(霧化氣流通道)3噴出的氣流可匯聚并沖擊從導(dǎo)流管300流出的合金液流400，第三通道3需與嘴芯的第一通道和嘴套的第二通道的軸線所成角度可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段來完成。
權(quán)利要求1.一種環(huán)孔式超音速氣體霧化噴嘴，包括嘴芯，其具有本體和由本體上部向外圓周延伸的凸緣，該本體上設(shè)有第一通道；嘴套，其內(nèi)形成有腔體和與腔體相通的第二通道；所述嘴套在其側(cè)面還設(shè)有開口，該開口與所述腔體相通；其特征在于，所述嘴芯本體具有周向的凸形異形外表面，所述嘴套的第二通道具有周向的凹形異形內(nèi)表面，所述兩表面緊密配合；其中，在所述嘴套的凹形異形內(nèi)表面上間隔地開設(shè)有多個(gè)溝槽，在異形內(nèi)表面與異形外表面緊密配合后，形成多個(gè)具有傾斜角度的、圓周方向分布的、拉瓦爾特征的第三通道，該第三通道與所述腔體相通。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)孔式超音速氣體霧化噴嘴，其特征在于，當(dāng)所述嘴芯與嘴套組裝后，嘴套的第二通道的通道壁與嘴芯的上部凸緣底表面有間隔。
3.如權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述嘴芯的異形外表面和嘴套的異形內(nèi)表面的截面線分別由曲線、直線、折線的一種或幾種組成。
4.如權(quán)利要求3所述的噴嘴，其特征是，所述曲線是圓弧線、橢圓弧線、拋物線和雙曲線的一種或幾種的組合。
5.一種環(huán)孔式超音速氣體霧化噴嘴，包括嘴芯，其具有本體和由本體上部向外圓周延伸的凸緣，該本體上設(shè)有第一通道；嘴套，其內(nèi)形成有腔體和與腔體相通的第二通道；所述嘴套在其側(cè)面還設(shè)有開口，該開口與所述腔體相通；其特征在于，所述嘴芯本體具有周向的凹形異形外表面，所述嘴套的第二通道具有周向的凸形異形內(nèi)表面，所述兩表面緊密配合；其中，在所述嘴芯的凹形異形外表面上間隔地開設(shè)有多個(gè)溝槽，在異形外表面與異形內(nèi)表面緊密配合后，形成多個(gè)具有傾斜角度的、圓周方向分布的、拉瓦爾特征的第三通道，該第三通道與所述腔體相通。
6.如權(quán)利要求5所述的環(huán)孔式超音速氣體霧化噴嘴，其特征在于，當(dāng)所述嘴芯與嘴套組裝后，嘴套的第二通道的通道壁與嘴芯的上部凸緣底表面有間隔。
7.如權(quán)利要求5所述的噴嘴，其特征在于，所述嘴芯的異形外表面和嘴套的異形內(nèi)表面的截面線分別由曲線、直線、折線的一種或幾種組成。
8.如權(quán)利要求7所述的噴嘴，其特征是，所述曲線是圓弧線、橢圓弧線、拋物線和雙曲線的一種或幾種的組合。
專利摘要一種環(huán)孔式超音速氣體霧化噴嘴，其呈兩件式結(jié)構(gòu)，包括嘴芯，其具有本體和由本體上部向外圓周延伸的凸緣，該本體上設(shè)有第一通道；嘴套，其內(nèi)形成有腔體和與腔體相通的第二通道；所述嘴套在其側(cè)面還設(shè)有開口，該開口與所述腔體相通；其中，所述嘴芯本體具有周向的凸形或凹形異形外表面，所述嘴套的第二通道具有周向的凹形或凸形異形內(nèi)表面，所述兩表面緊密配合；其中，在所述的凹形異形表面上間隔地開設(shè)有多個(gè)溝槽，從而在異形內(nèi)表面與異形外表面緊密配合后，形成多個(gè)具有傾斜角度的、圓周方向分布的、拉瓦爾特征的第三通道，該第三通道與所述腔體相通。本實(shí)用新型具有高霧化氣流速度、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C4/06GK2887452SQ200620039329
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月27日
發(fā)明者樊俊飛, 樂海榮, 任三兵 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司