一種環縫式超音速氣體霧化噴嘴的製作方法
2023-09-15 15:27:30
專利名稱：一種環縫式超音速氣體霧化噴嘴的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及霧化液體介質的裝置，特別涉及一種環縫式超音速氣體霧化噴嘴。
背景技術：
粉末冶金技術是在近幾十年發展起來的，是通過將液態金屬用霧化氣體粉碎、快速冷卻凝固後製取金屬粉末，然後利用各種固結和熱緻密化工藝來製備坯料，得到晶粒細小、成分均勻、性能優良材料的一種技術。
噴射成形是在粉末冶金氣體霧化制粉基礎上發展起來的一種近終形、半固態冶金成形加工技術。它既能克服傳統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小，顆粒的冷卻速度更大，進而使噴射成形金屬坯件的質量更高，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，有人通過採用二級霧化的方法來實現，例如，英國的OSPREY金屬有限公司，在其美國專利US4905899(1990年3月6日公布)中就公開了類似技術。但該種技術的不足之處在於，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現，例如，美國INT NICKEL公司在其1978年1月3日公布的美國專利US4066117揭露了完全採用拉瓦爾噴管的霧化噴嘴，該專利將預先製作好的多根拉瓦爾管採用螺扣連接的方式固定到霧化噴嘴上並與其內部腔體相聯通。但該專利的不足之處在於，拉瓦爾管的內部管徑必需較大，其喉口直徑達3.5毫米以上，否則難以加工。另外，由於該管的外徑較粗，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，由於安裝空間有限也不得不採用長、短相間布置。
發明內容
本實用新型的目的是通過對現有霧化噴嘴的改進來提高氣體霧化射流速度，獲得高氣體衝擊力和高冷卻速度，從而達到霧化顆粒細小、均勻，快速凝固的效果。
為了實現上述目的，本實用新型提供一種環縫式超音速氣體霧化噴嘴，其呈兩件式結構，包括嘴芯，其呈帽狀，並在嘴芯中心處具有第一通道；嘴套，其呈盆狀，並具有腔體和設於嘴套中心位置的第二通道，所述嘴芯安裝並嵌於嘴套上，使嘴芯的第一通道和嘴套的第二通道同軸設置；所述嘴套在其側面設有一開口，該開口與所述腔體相通，所述腔體上部由嘴芯密封；其中，所述嘴芯下部具有周向的異形外表面，所述嘴套的第二通道具有周向的異形內表面，該兩個表面配合形成具有角度的、環狀、拉瓦爾型第三通道，該第三通道與第一、二通道同軸，且與所述腔體相通。
上述嘴芯具有帽沿和異形部，所述嘴套的第二通道具有環壁，所述環壁周向上均布設置有3個限位塊，所述帽沿部由限位塊限位。
上述噴嘴的第三通道自上而下分別是收縮段、喉口及擴張段，其中，喉口的內徑較收縮段和擴張段小。
上述噴嘴的第三通道還包括一穩定段，其設置於所述擴張段的下部，該穩定段從上到下內徑一致，或該穩定段從上到下內徑略有擴張，擴張角度小於等於5度。
上述嘴芯的異形外表面和嘴套的異形內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。
本實用新型的有益效果1)採用了具有收縮段、喉口和擴張短的拉瓦爾噴管特性的環縫式霧化噴嘴，它具有高霧化氣流速度、高氣體衝擊力和高冷卻速度，可以達到霧化的金屬顆粒細小、均勻以及快速凝固的效果；2)製作工藝簡單、可靠，組裝容易，成本低；3)可根據具體應用，在製造嘴套時通過限位塊的數量設置來調整環縫(第三通道)的縫隙。
圖1為根據本實用新型的優選實施例的噴嘴的結構示意圖；
圖2a為圖1中噴嘴的嘴芯的立體透視圖；圖2b為圖2a中嘴套的縱向中心剖視圖；圖3a為圖1中噴嘴的嘴芯的立體透視圖；圖3b為圖2a中嘴套的縱向中心剖視圖；圖4為圖1中噴嘴在噴射成形過程中的位置示意圖；圖5～圖9為嘴芯和嘴套幾種配合方法示意圖。
具體實施方式
如圖1-圖3b所示，在本實用新型的一個優選實施例中，噴嘴100包括嘴芯1和嘴套2，嘴芯1安裝於嘴套2內。所述嘴芯1呈帽狀結構，具有帽沿11和異形部12，在嘴芯1的中心位置處設置第一通道13，用於使待噴射的合金液流過其中；該異性部12具有異形外表面121。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具有異形內表面231。在該基壁21上一側設有一開口211，以便外部氣體介質輸送入腔體22內；在該第二通道壁24的圓周方向上，設有3個限位塊242，它們沿周向均勻分布。當組裝噴嘴100時，首先將嘴芯1的異性部12插入嘴套2的第二通道23內，當嘴芯1的帽沿11接觸到限位塊242時，嘴芯1便支撐在嘴套2上，限位塊242起到了阻止嘴芯1繼續向下插入嘴套2的作用。如圖1所示，嘴芯1的異形部12的異形外表面121與嘴套2的第二通道23的異形內表面231相配合形成了具有角度的、環狀的拉瓦爾型第三通道3，該第三通道3與第一通道13、第二通道23同軸，同時，由於限位塊242的設置，該第三通道3與所述腔體22相通。
參見圖4，使用如圖1所示的噴嘴100進行合金液流的噴射成形技術的基本原理就非常清楚從噴嘴100內的拉瓦爾型第三通道內噴出高壓惰性氣體，將從其上部容器200內經過導流管300流出的合金液流400霧化成細小的熔滴500，熔滴500在高速氣流的作用下飛行並被逐漸冷卻，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，通過改變熔滴射流500與沉積器600的相對位置和沉積器的運動形式，可以得到盤(柱)、管(環)、板(帶)等不同形狀的半成品坯件。
如圖5-圖8所示，上述噴嘴100的第三通道3為拉瓦爾型，即自上而下分為三段，分別為收縮段31、喉口32及擴張段33，其中，喉口32的內徑較收縮段31和擴張段33小。
上述嘴芯1的異形外表面121和嘴套2的異形內表面231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。如圖5所示，嘴芯1的截面線(外截線)為三段直線，嘴套2的截面線(內截線)為一段直線；也可以是，嘴芯1的截面線(外截線)為三段直線，嘴套2的截面線(內截線)也為三段直線，見圖6；可選擇的，如圖7所示，嘴芯1的截面線(外截線)為一段直線，嘴套2的截面線(內截線)為一段弧線與一段直線相切形成的直線；還可以是，嘴芯1的截面線(外截線)為一段弧線，嘴套2的截面線(內截線)也為一段弧線，如圖8所示。總之，無論嘴芯1的異形外表面121和嘴套2的異形內表面231的截面線如何變化，由嘴芯1的異形外表面121和嘴套2的異形內表面231配合形成的第三通道3始終為拉瓦爾型，具有收縮段31、喉口32及擴張段33，以便提高氣流衝出第三通道3的速度。
由嘴芯1和嘴套2組合形成的第三通道3在保持拉瓦爾型的特徵的同時，還可以有另外一種形式，如圖9所示，嘴芯1的截面線(外截線)為一段弧線，向外延伸一段直線，嘴套2的截面線(內截線)也為一段弧線，向外延伸一段直線；可以看出，如圖9所示的噴嘴100的霧化氣流通道(第三通道3)具有收縮段31、喉口32及擴張段33和穩定段34。
為了使從噴嘴100的環狀的拉瓦爾型第三通道(霧化氣流通道)3噴出的氣流可匯聚並衝擊從導流管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現有技術的實現手段來完成。
權利要求1.一種環縫式超音速氣體霧化噴嘴，呈兩件式結構，包括嘴芯，其呈帽狀，並在嘴芯中心處具有第一通道；嘴套，其呈盆狀，並具有腔體和設於嘴套中心位置的第二通道，所述嘴芯安裝並嵌於嘴套上，使嘴芯的第一通道和嘴套的第二通道同軸設置；所述嘴套在其側面設有一開口，該開口與所述腔體相通，所述腔體上部由嘴芯密封；其特徵在於，所述嘴芯下部具有周向的異形外表面，所述嘴套的第二通道具有周向的異形內表面，該兩個表面配合形成具有角度的、環狀、拉瓦爾型第三通道，該第三通道與第一、二通道同軸，且與所述腔體相通。
2.如權利要求1所述的噴嘴，其特徵在於，所述嘴芯具有帽沿和異形部，所述嘴套的第二通道具有環壁，所述環壁周向上均布設置有3個限位塊，所述帽沿部由限位塊限位。
3.如權利要求1所述的噴嘴，其特徵在於，所述噴嘴的第三通道自上而下分別是收縮段、喉口及擴張段，其中，喉口的內徑較收縮段和擴張段小。
4.如權利要求3所述的噴嘴，其特徵在於，所述噴嘴的第三通道還包括一穩定段，其設置於所述擴張段的下部。
5.如權利要求4所述的噴嘴，其特徵在於，所述噴嘴第三通道的穩定段從上到下內徑一致。
6.如權利要求4所述的噴嘴，其特徵在於，所述噴嘴第三通道的穩定段從上到下內徑略有擴張，擴張角度小於等於5度。
7.如權利要求1所述的噴嘴，其特徵在於，所述嘴芯的異形外表面和嘴套的異形內表面的截面線分別由曲線、直線、折線的一種或幾種組成。
8.如權利要求7所述的噴嘴，其特徵是，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。
專利摘要本實用新型提供一種環縫式超音速氣體霧化噴嘴，其呈兩件式結構，包括嘴芯，其呈帽狀，並在嘴芯中心處具有第一通道；嘴套，其呈盆狀，並具有腔體和設於嘴套中心位置的第二通道，所述嘴芯安裝並嵌於嘴套上，使嘴芯的第一通道和嘴套的第二通道同軸設置；所述嘴套在其側面設有一開口，該開口與所述腔體相通，所述腔體上部由嘴芯密封；其中，所述嘴芯下部具有周向的異形外表面，所述嘴套的第二通道具有周向的異形內表面，該兩個表面配合形成具有角度的、環狀、拉瓦爾型第三通道，該第三通道與第一、二通道同軸，且與所述腔體相通。它具有高霧化氣流速度、製作工藝簡單、成本低的特點。
文檔編號B22F9/08GK2873317SQ20052004550
公開日2007年2月28日 申請日期2005年9月29日 優先權日2005年9月29日
發明者樊俊飛, 樂海榮, 任三兵 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司