專利名稱：一種兩級霧化噴射成形圓盤類零件的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用兩級霧化噴射成形技術(shù)制備圓盤、圓管及圓環(huán)等具有大口徑軸對稱中心孔零件的裝置。
背景技術(shù)：
噴射成形技術(shù)是近30年發(fā)展起來的利用快速凝固方法直接制備金屬材料坯料或半成品的一種先進(jìn)的成形技術(shù)。其過程是將熔融金屬霧化成微小的液態(tài)熔滴，然后在高速氣流的帶動下，微小熔滴直接噴射在較冷的接收器上，從而成形零件。采用噴射成形制備的材料具有如下優(yōu)良特性(I)晶粒細(xì)小、成分均勻、合金元素過飽和度高、無宏觀偏析；(2)含氧量低，霧化熔滴處于液態(tài)的時間極短，且有惰性氣氛的保護(hù)，因此沉積坯的增氧量很小，基本上與母合金同一水平；(3)成形工藝簡單，產(chǎn)品生產(chǎn)工序大大簡化。此外，它還是一 種合金化、過程設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品成形緊密結(jié)合，集成度很高的柔性制造過程。以O(shè)sprey模式為代表的傳統(tǒng)噴射成形工藝采用惰性氣體霧化熔融金屬，其氣流速度較低小于音速，該成形方式有如下不足(I)由于氣體密度小、動量低，故霧化的效率很低，得到霧化熔滴的平均粒徑較大，且霧化熔滴尺寸分布區(qū)間較寬；(2)由于傳統(tǒng)噴射成形工藝本身的局限性，成形大口徑軸對稱中心孔零件難度很大；(3)噴射成形合金微觀組織中不可避免存在孔隙，約為3% 6%。孔隙作為一種組織缺陷，割裂基體連續(xù)性，會降低材料的力學(xué)性能，而大口徑薄壁管件的致密化及塑性加工工藝不易實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種兩級霧化噴射成形圓盤類零件的裝置，用于噴射成形圓盤、圓管及圓環(huán)等具有大口徑軸對稱中心孔零件。一種兩級霧化噴射成形圓盤類零件的裝置，其特征在于包括真空室1，坩堝2，加熱線圈3，儲氣瓶5，甩出盤7，止通棒8，導(dǎo)液管9，高壓氣體噴嘴10，冷卻裝置11以及環(huán)形模具12 ;其中坩堝2，加熱線圈3、止通棒8，導(dǎo)液管9以及高壓氣體噴嘴10位于真空室I的上半部分，坩堝2位于真空室I上半部分的中心位置，并通過其底部的螺紋通孔與導(dǎo)液管9相連，止通棒8與導(dǎo)液管9以及坩堝2底部的螺紋通孔共軸，且能夠沿其軸線上下移動，通過控制其錐形端與坩堝2底部的螺紋通孔分離或貼合控制熔融金屬的流下與否。所述坩堝2的外圍設(shè)有加熱線圈3，高壓氣體噴嘴10包圍在導(dǎo)液管9的外部且與置于真空室I外部的儲氣瓶5通過管路相連；甩出盤7以及環(huán)形模具12置于真空室I的下半部分，甩出盤7通過旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，能夠沿其軸線做高速轉(zhuǎn)動，且其上端設(shè)有對甩出盤的工作表面進(jìn)行降溫的冷卻裝置11，環(huán)形模具12置于甩出盤7外部，下端中心通過旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，具有繞軸線轉(zhuǎn)動及沿軸向上下運(yùn)動兩個自由度。所述高壓氣體噴嘴10出氣口切線方向與豎直軸線呈15° 45°夾角，高壓氣體噴嘴10的出氣口形狀為Laval形，霧化氣體的壓力優(yōu)選為O. 2 I. 5Mpa。本發(fā)明提出的兩級霧化噴射成形圓盤類零件的裝置，由于改變了熔滴的沉積方式，接收模具做高速轉(zhuǎn)動，在離心力作用下半固態(tài)熔滴能夠有效的擠占沉積產(chǎn)生的空穴，成形件孔隙率小于I%，無需進(jìn)行致密化處理；提高材料的利用率。機(jī)加方法如銑削、車削等加工圓盤、圓環(huán)類零件需要去除大量的材料，材料利用率很低，與之相比該裝置可以大大提高材料的利用率，尤其是對于大口徑薄壁件。

圖I是兩級霧化噴射成形圓盤類零件裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為真空室，2為坩堝,3為加熱線圈,4為第一級霧化錐,5為儲氣瓶,6為第二級霧化錐，7為甩出盤，8為止通棒，9為導(dǎo)液管，10為高壓氣體噴嘴，11為冷卻裝置，12為環(huán)形模具，13為沉積坯。
具體實(shí)施方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述本實(shí)施例的裝置，包括內(nèi)部尺寸高2m，直徑I. 2m的真空室1，高O. 2m直徑O. 18m的坩堝2，加熱線圈3，儲氣瓶5，直徑O. 3m的甩出盤7，止通棒8，導(dǎo)液管9，高壓氣體噴嘴10，冷卻裝置11以及直徑O. Sm的環(huán)形模具12 ;其中坩堝2，加熱線圈3、止通棒8，導(dǎo)液管9以及高壓氣體噴嘴10位于真空室I的上半部分，坩堝2位于真空室I上半部分的中心位置，并通過其底部的螺紋通孔與導(dǎo)液管9相連，止通棒8與導(dǎo)液管9以及坩堝2底部的螺紋通孔共軸，且能夠沿其軸線上下移動，通過控制其錐形端與坩堝2底部的螺紋通孔分離或貼合控制熔融金屬的流下與否；所述坩堝2的外圍設(shè)有加熱線圈3，高壓氣體噴嘴10包圍在導(dǎo)液管9的外部且與置于真空室I外部的儲氣瓶5通過管路相連；甩出盤7以及環(huán)形模具12置于真空室I的下半部分，甩出盤7通過旋轉(zhuǎn)軸連與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，能夠沿其軸線做高速轉(zhuǎn)動，且其上端設(shè)有對甩出盤的工作表面進(jìn)行降溫的冷卻裝置11，環(huán)形模具12置于甩出盤7外部，下端中心通過旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，具有繞軸線轉(zhuǎn)動及沿軸向上下運(yùn)動兩個自由度。冷卻裝置11采用液氮對甩出盤7的工作表面進(jìn)行冷卻，提高其工作壽命。所述高壓氣體噴嘴10出氣口切線方向與豎直軸線呈30°夾角，高壓氣體噴嘴10的出氣口形狀為Laval形，霧化氣體的壓力優(yōu)選為O. 2 I. 5Mpa。甩出盤7與環(huán)形模具12旋轉(zhuǎn)軸線有一定偏心距，偏心距大小與成形零件直徑相關(guān)。(I)以噴射成形Al-20Wt% Si圓環(huán)坯體為例，由于過共晶Al-Si合金加工中具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐磨性好等優(yōu)異的綜合性能在汽車發(fā)動機(jī)關(guān)重部件中逐漸得到應(yīng)用，如薄壁缸套、氣缸襯套等。常規(guī)鑄造條件下Si含量增加會造成初生Si相粗化，使材料的加工性能及機(jī)械性能大為降低；而傳統(tǒng)噴射成形方法制得坯件孔隙率較大，需要后續(xù)的致密化工序。采用本裝置能夠有效的解決上述問題。
權(quán)利要求1.一種兩級霧化噴射成形圓盤類零件的裝置，其特征在于包括真空室(1)，坩堝(2)，加熱線圈(3)，儲氣瓶(5)，甩出盤(7)，止通棒(8)，導(dǎo)液管(9)，高壓氣體噴嘴(10)，冷卻裝置(11)以及環(huán)形模具(12);其中坩堝(2)，加熱線圈(3)、止通棒(8)，導(dǎo)液管(9)以及高壓氣體噴嘴(10)位于真空室(I)的上半部分，坩堝(2)位于真空室(I)上半部分的中心位置，并通過其底部的螺紋通孔與導(dǎo)液管(9)相連，止通棒(8)與導(dǎo)液管(9)以及坩堝(2)底部的螺紋通孔共軸，且能夠沿其軸線上下移動，通過控制其錐形端與坩堝(2 )底部的螺紋通孔分離或貼合控制熔融金屬的流下；所述坩堝(2)的外圍設(shè)有加熱線圈(3)，高壓氣體噴嘴(10)包圍在導(dǎo)液管(9)的外部且與置于真空室(I)外部的儲氣瓶(5)通過管路相連；甩出盤(7)以及環(huán)形模具(12)置于真空室(I)的下半部分，甩出盤(7)通過旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，能夠沿其軸線做高速轉(zhuǎn)動，且其上端設(shè)有對甩出盤的工作表面進(jìn)行降溫的冷卻裝置(11)，環(huán)形模具(12)置于甩出盤(7)外部，下端中心通過旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，具有繞軸線轉(zhuǎn)動及沿軸向上下運(yùn)動兩個自由度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述兩級霧化噴射成形圓盤類零件的裝置，其特征在于所述高壓氣體噴嘴(10)出氣ロ切線方向與豎直軸線呈15° 45°夾角，高壓氣體噴嘴(10)的出氣ロ形狀為Laval形，霧化氣體的壓カ優(yōu)選為0. 2 I. 5Mpa。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種兩級霧化噴射成形圓盤類零件的裝置，其特征在于坩堝位于真空罐上半部分的中心位置，并通過其底部的螺紋通孔與導(dǎo)液管相連，止通棒與導(dǎo)液管以及坩堝底部的螺紋通孔共軸，坩堝的外圍設(shè)有加熱線圈，霧化噴嘴包圍在導(dǎo)液管的外部且與置于真空罐外部的儲氣瓶通過管路相連；機(jī)械出盤通過旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，環(huán)形模具置于機(jī)械甩出盤外部，下端中心通過旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接。本裝置由于改變了熔滴的沉積方式，接收模具做高速轉(zhuǎn)動，在離心力作用下半固態(tài)熔滴能夠有效的擠占沉積產(chǎn)生的空穴，成形件孔隙率小于1％，無需進(jìn)行致密化處理。
文檔編號B22F3/115GK202571279SQ20112056983
公開日2012年12月5日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者司朝潤, 王俊彪, 張賢杰, 李玉軍, 曹小寶 申請人:西北工業(yè)大學(xué)