一種等離子旋轉電極霧化制粉設備及方法與流程

2023-12-11 12:55:32

本發明屬於粉末冶金技術領域，具體涉及到一種等離子旋轉電極霧化制粉設備及方法。

背景技術：

高質量球形金屬粉末是粉末冶金近淨成形、3d列印等生產領域所必需的重要原料，近幾年隨著3d列印等技術的快速發展，對金屬粉末原料的需求量越來越大，同時對粉末的粒度、純淨度要求逐步提高。

球形金屬粉末是金屬增材製造領域所必需的重要原料，等離子旋轉電極霧化制粉技術具有粉末粒度小、球形度高、氧含量低的特點，電極棒料的工作轉速決定了球形金屬粉末的粉末粒度和質量。美國和俄羅斯均採用該技術生產核工業、航空航天等國防軍工行業用高品質球形金屬粉末。鑑於國防軍工保密，美國和俄羅斯對該技術與裝備採取嚴格的限制。經過幾十年的發展，我國在制粉裝備與工藝方面均取得了較快的發展。如專利號為200810150484.2的中國專利，提出的等離子旋轉電極制粉機組及工藝是等離子槍不動，電主軸裝置驅動電極棒料一邊高速旋轉一邊進給，當電極棒料接近導向裝置時熔化過程停止，電極棒料脫離電主軸裝置，電主軸退到後位，將下一支電極棒料裝好，傳動裝置使電主軸向前，下一個熔煉周期開始。上述方式中，加料時在爐體外電極的後端添加一支新的電極，導致電極的長度較長，需要在爐體上增加了動密封裝置以約束棒料高速旋轉時的振動，動密封裝置限制了電極棒料轉速的提高。電極棒料之間採用螺紋連接和錐面配合，電極棒料的拆裝過程也影響了霧化成形效率。同時棒料高速旋轉過程由於v型密封件固定不動，導致v型密封磨損過快。

綜上所述，現有的等離子旋轉電極制粉裝置存在電極棒料不連續送進以及旋轉速度低，導致製備金屬粉料效率低的問題。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種等離子旋轉電極霧化制粉設備及方法，用以解決現有的等離子旋轉電極制粉裝置存在電極棒料不連續送進以及旋轉速度低，導致製備金屬粉料效率低的問題

本發明實施例提供一種等離子旋轉電極霧化制粉設備，包括：

棒料在棒料輸送輥道和推料裝置上運動並停留在v型送料板上，通過設置在所述v型送了板一側的推料裝置，將所述棒料推入棒料旋轉裝置內，所述棒料旋轉裝置設置在爐體上；

所述棒料旋轉裝置包括空心主軸，氣缸，內拉杆，外夾頭和v型密封；

一對所述內拉杆設置在所述棒料兩邊，所述內拉杆的內壁與所述棒料相接觸；所述內拉杆的外壁與所述空心主軸的內壁部分接觸，且所述內拉杆的一端外壁與所述氣缸連接；

所述空心主軸一端的內壁依此與所述內拉杆的另一端外壁和所述外夾頭的外壁相接觸，所述空心主軸一端的內壁與所述內拉杆的另一端外壁之間形成夾角；

一對所述外夾頭的內壁與所述棒料相接觸，所述外夾頭的外壁為斜面，且靠近所述內拉杆的一端與所述棒料之間的距離小於遠離所述內拉杆的一端與所述棒料之間的距離；

一對所述v型密封的內壁與所述棒料接觸，且所述v型密封的外壁分別與所述內拉杆的內壁接觸。

優選地，所述棒料旋轉裝置還包括中間杆和中間軸承；

所述中間杆設置在所述內拉杆的一端外壁上，所述中間軸承設置在所述內拉杆的一端外壁和所述中間杆之間，所述中間杆與所述氣缸連接。

優選地，所述棒料旋轉裝置還包括連杆；

所述連杆的一端與所述內拉杆的另一端連接，所述連杆的另一端與所述外夾頭的一端連接。

優選地，還包括等離子槍體和等離子槍軸向送進裝置；

所述等離子槍體和所述等離子槍軸向送進裝置分別設置在所述爐體上。

本發明實施例還提供一種等離子旋轉電極霧化制粉方法，包括：

在製備球形金屬粉末之前，電機驅動棒料輸送輥道帶動棒料前行並觸動撥料裝置開關，所述撥料裝置帶動所述棒料繞撥叉中心旋轉落到v型送料板上，推料裝置上的頂尖推動所述棒料沿所述v型送料板前行至棒料旋轉裝置的空心主軸內孔的前限位；所述棒料旋轉裝置內的氣缸通過中間結構帶動內拉杆進行軸向伸縮，通過所述內拉杆的軸向伸縮和所述空心主軸的斜面結構，帶動外夾頭進行徑向運動並在進行徑向運動時夾緊所述棒料；

在製備球形金屬粉末時，所述棒料前行至所述空心主軸的前端後，壓緊v型密封對所述爐體進行密封，電主軸帶動所述棒料在所述爐體內高速旋轉，等離子槍體產生等離子弧對所述棒料的前端熔融。

優選地，所述電機驅動棒料輸送輥道帶動棒料前行並觸動撥料裝置開關，撥料裝置帶動所述棒料繞撥叉中心旋轉落到v型送料板上，包括：

所述電機驅動棒料輸送輥道帶動棒料以10～200mm/s的速度前行並觸動撥料裝置的前限位開關，所述撥料裝置帶動所述棒料繞撥叉中心以10～100r/min旋轉，所述棒料落到斜導板後滾動到v型送料板上。

優選地，所述推料裝置上的頂尖推動所述棒料沿所述v型送料板前行至棒料旋轉裝置的空心主軸內孔的前限位，包括：

所述推料裝置上的頂尖推動所述棒料沿所述v型送料板以10～200mm/s前行至棒料旋轉裝置的空心主軸內孔的前限位。

優選地，所述電主軸帶動所述棒料在所述爐體內高速旋轉，包括：

所述電主軸帶動所述棒料在所述爐體內以10000～60000r/min的速度旋轉。

優選地，所述等離子槍體產生等離子弧對所述棒料的前端熔融之前，還包括：

通過等離子軸向送進裝置驅動所述等離子槍體在所述爐體內送進和回退，當所述等離子槍體的頭部和所述棒料之間的距離達到設定值後，所述等離子槍體產生等離子弧對所述棒料的前端熔融。

優選地，所述爐體內的真空度為5×10-3～2×10-2pa。

本發明實施例中，提供一種等離子旋轉電極霧化制粉設備，包括：棒料在棒料輸送輥道和推料裝置上運動並停留在v型送料板上，通過設置在所述v型送了板一側的推料裝置，將所述棒料推入棒料旋轉裝置內，所述棒料旋轉裝置設置在爐體上；所述棒料旋轉裝置包括空心主軸，氣缸，內拉杆，外夾頭和v型密封；一對所述內拉杆設置在所述棒料兩邊，所述內拉杆的內壁與所述棒料相接觸；所述內拉杆的外壁與所述空心主軸的內壁部分接觸，且所述內拉杆的一端外壁與所述氣缸連接；所述空心主軸一端的內壁依此與所述內拉杆的另一端外壁和所述外夾頭的外壁相接觸，所述空心主軸一端的內壁與所述內拉杆的另一端外壁之間形成夾角；一對所述外夾頭的內壁與所述棒料相接觸，所述外夾頭的外壁為斜面，且靠近所述內拉杆的一端與所述棒料之間的距離小於遠離所述內拉杆的一端與所述棒料之間的距離；一對所述v型密封的內壁與所述棒料接觸，且所述v型密封的外壁分別與所述內拉杆的內壁接觸。通過棒料輸送輥道，推料裝置，v型送料板以及推料裝置，可以將棒料送到棒料旋轉裝置內，從而實現了棒料的連線送進，解決了現有技術中存在棒料不能連線送進的問題；進一步地，將棒料旋轉裝置設置在爐體上，減少了棒料的總長度，同時，棒料旋轉裝置內的v型密封在棒料送進到空心主軸的前端時，可以自動壓緊實現對爐體的密封；內拉杆和空心主軸可以和棒料一起同步轉動，v型密封和棒料之間不存在相對轉動摩擦，從而在提高了棒料的旋轉速度的同時，一方面提高球形粉末的粒度，另一方面也提高了v型密封的使用壽命。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種離子旋轉電極霧化制粉設備主視圖；

圖2為本發明實施例提供的一種等離子旋轉電極霧化制粉設備俯視圖；

圖3為本發明實施例提供的圖2所示等離子旋轉電極霧化制粉設備k向視圖示意圖；

圖4為本發明實施例提供的棒料旋轉裝置結構示意圖；

圖5為本發明實施例提供的一種等離子旋轉電極霧化制粉方法流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

圖1為本發明實施例提供的一種等離子旋轉電極霧化制粉設備主視圖，圖2為本發明實施例提供的一種等離子旋轉電極霧化制粉設備俯視圖，圖3為本發明實施例提供的圖2所示等離子旋轉電極霧化制粉設備k向視圖示意圖，圖4為本發明實施例提供的棒料旋轉裝置結構示意圖。

如圖1和圖2所示，本發明實施例提供的一種等離子旋轉電極霧化制粉設備，主要包括：棒料輸送輥道10，推料裝置6，v型送料板7，推料裝置6，爐體3和棒料旋轉裝置5。

具體地，如圖4所示的棒料旋轉裝置5結構示意圖，棒料旋轉裝置5主要包括外夾頭5-1，空心主軸5-3，v型密封5-4，內拉杆5-6和氣缸5-9。其中，一對內拉杆5-6設置在棒料4兩邊，內拉杆5-6的內壁與棒料4相接觸；內拉杆5-6的外壁部分與空心主軸5-3的內壁接觸。

需要說明的是，在本發明實施例中，內拉杆5-6和外壁有部分和空心軸的內壁接觸，有部分和空心軸的內壁不接觸，主要包括，內拉杆5-6的一端外壁外設置有中間杆5-7，在中間杆5-7和內拉杆5-6之間還包括有中間軸承5-8，在中間杆5-7的外壁設置有氣缸5-9；內拉杆5-6的另一端通過連杆5-2與外夾頭5-1的一端連接，且在內拉杆5-6的另一端有部分外壁與空心主軸5-3的內壁不接觸。

具體地，如圖4所示，空心主軸5-3的一端內壁依此與內拉杆5-6的另一端外壁和所述外夾頭5-1接觸，在本發明實施例中，空心主軸5-3一端的內壁與內拉杆5-6的另一端外壁之間形成夾角，空心主軸5-3一端的內壁與外夾頭5-1的外壁相接觸。即空心主軸5-3的內壁與內拉杆5-6的另一端外壁接觸點與棒料4之間的距離小於空心主軸5-3的內壁與外夾頭5-1一端接觸部分與棒料4之間的距離。

具體地，如圖4所示，一對外夾頭5-1的內壁與棒料4相接觸，外夾頭5-1的外壁為斜面，且靠近內拉杆5-6的一端與棒料4之間的距離小於遠離內拉杆5-6的一端與棒料4之間的距離；

具體地，如圖4所示，一對v型密封5-4的內壁與棒料4接觸，且v型密封5-4的外壁分別與內拉杆5-6的內壁接觸。

如圖1和圖2所示，該棒料旋轉裝置5設置在爐體3的一側，而在爐體3的另一側設置有等離子槍體2，等離子槍軸向送進裝置1。

如圖3所示，該設備中包括的棒料輸送輥道10，推料裝置6，v型送料板7，推料裝置6和斜導板8，可以確保棒料4能夠實現連續送進。具體地，棒料輸送輥道10的電機驅動棒料輸送輥道10主動帶動棒料4高速度前行，在棒料4前行到一定距離後，棒料4觸動了撥料裝置9的前限位開關，撥料裝置9的電機帶動棒料4繞撥叉中心旋轉，旋轉後的棒料4落到斜導板8，通過斜導板8後的棒料4滾動到v型送料板7上。設置在v型送料板7一側的推料裝置6，通過推料裝置6上的頂尖推動棒料4沿著v型送料板7前行，併到達棒料旋轉裝置5的空心軸內孔的前限位。從而完成了棒料4的送進作用。

圖5示例性的示出了本發明實施例提供的一種等離子旋轉電極霧化制粉方法流程圖。如圖5所示，該方法主要包括以下步驟：

步驟501，在製備球形金屬粉末之前，電機驅動棒料輸送輥道10帶動棒料4前行並觸動撥料裝置9開關，所述撥料裝置9帶動所述棒料4繞撥叉中心旋轉落到v型送料板7上，推料裝置6上的頂尖推動所述棒料4沿所述v型送料板7前行至棒料旋轉裝置5的空心主軸5-3內孔的前限位；所述棒料旋轉裝置5內的氣缸5-9通過中間結構帶動內拉杆5-6進行軸向伸縮，通過所述內拉杆5-6的軸向伸縮和所述空心主軸5-3的斜面結構，帶動外夾頭5-1進行徑向運動並在進行徑向運動時夾緊所述棒料4；

步驟502，在製備球形金屬粉末時，所述棒料4前行至所述空心主軸5-3的前端後，壓緊v型密封5-4對所述爐體3進行密封，電主軸5-5帶動所述棒料4在所述爐體3內高速旋轉，等離子槍體2產生等離子弧對所述棒料4的前端熔融。

需要說明的是，在上述步驟501中，電極驅動棒料4輸送電機驅動棒料輸送輥道10帶動棒料4以10～200mm/s的速度前行，當棒料4前行的一定位置時，會觸動撥料裝置9的前限位開關，撥料裝置9帶動棒料4繞撥叉中心以10～100r/min旋轉，棒料4旋轉後落到斜導板8上，通過斜導板8後滾動到v型送料板7上，設置在v型送料板7一側的推料裝置6，通過推料裝置6上的頂尖推動所述棒料4沿v型送料板7以10-200mm/s速度前行至棒料旋轉裝置5的空心主軸5-3內孔的前限位；棒料旋轉裝置5內的氣缸5-9通過中間杆5-7和中間軸承5-8帶動內拉杆5-6進行軸向伸縮，通過內拉杆5-6的軸向伸縮和空心主軸5-3的斜面結構轉化為外夾頭5-1的徑向運動，外夾頭5-1進行徑向運動時恰好完成棒料4的夾緊。

在上述步驟502中，棒料4被送至空心主軸5-3的前端時，棒料旋轉裝置5中的v型密封5-4被壓緊從而完成對爐體3的密封作用。當爐體3密封后，通過設置在爐體3一側的真空裝置11對爐體3抽真空，抽真空後，保證爐體3在制粉之前的真空度達到5x10-3-2x10-2pa，進一步的，設置在爐體3一側的惰性氣瓶12同時會向制粉爐體3內部充入純度大於99.999％的惰性，並在惰性氣氛下進行球形粉末製備。

具體地，啟動設置在棒料旋轉裝置5內的電主軸5-5，通過電主軸5-5的旋轉可以夾緊棒料4並帶動棒料4高速旋轉，其中，棒料4的轉動速度為10000-60000r/min，當棒料4的旋轉速度達到要求後，啟動等離子槍體2，等離子槍體2產生等離子弧，從而實現棒料4的前端熔融。進一步的，熔化的液態金屬薄膜在強大的離心力作用下霧化成小液滴，在飛射過程中冷卻並在惰性氣體介質中凝固成粉末顆粒。

需要說明的是，設置在爐體3上的等離子軸向送進裝置可以驅動等離子槍體2在爐體3內的送進和回退，從而確保制粉過程中等離子槍頭部和棒料4前端始終保持合適距離。

綜上所述，本發明實施例提供的一種動密封裝置，本發明實施例中，提供一種等離子旋轉電極霧化制粉設備，包括：棒料在棒料輸送輥道和推料裝置上運動並停留在v型送料板上，通過設置在所述v型送了板一側的推料裝置，將所述棒料推入棒料旋轉裝置內，所述棒料旋轉裝置設置在爐體上；所述棒料旋轉裝置包括空心主軸，氣缸，內拉杆，外夾頭和v型密封；一對所述內拉杆設置在所述棒料兩邊，所述內拉杆的內壁與所述棒料相接觸；所述內拉杆的外壁與所述空心主軸的內壁部分接觸，且所述內拉杆的一端外壁與所述氣缸連接；所述空心主軸一端的內壁依此與所述內拉杆的另一端外壁和所述外夾頭的外壁相接觸，所述空心主軸一端的內壁與所述內拉杆的另一端外壁之間形成夾角；一對所述外夾頭的內壁與所述棒料相接觸，所述外夾頭的外壁為斜面，且靠近所述內拉杆的一端與所述棒料之間的距離小於遠離所述內拉杆的一端與所述棒料之間的距離；一對所述v型密封的內壁與所述棒料接觸，且所述v型密封的外壁分別與所述內拉杆的內壁接觸。通過棒料輸送輥道，推料裝置，v型送料板以及推料裝置，可以將棒料送到棒料旋轉裝置內，從而實現了棒料的連線送進，解決了現有技術中存在棒料不能連線送進的問題；進一步地，將棒料旋轉裝置設置在爐體上，減少了棒料的總長度，同時，棒料旋轉裝置內的v型密封在棒料送進到空心主軸的前端時，可以自動壓緊實現對爐體的密封；內拉杆和空心主軸可以和棒料一起同步轉動，v型密封和棒料之間不存在相對轉動摩擦，從而在提高了棒料的旋轉速度的同時，一方面提高球形粉末的粒度，另一方面也提高了v型密封的使用壽命。

儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。