專利名稱：臥式噴射沉積制備大型環(huán)件裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種臥式噴射沉積制備大型環(huán)件裝置。
背景技術(shù)：
大型環(huán)型結(jié)構(gòu)件，特別是Al、Mg輕合金環(huán)件，廣泛地用于宇航、航空、交通、能量工業(yè)等方面。對于大型或特大型環(huán)件(直徑3.5米以上)，由于厚徑比相對較小，鑄造成型除了造型、澆鑄方面的困難外，同時將由于鑄件大型化造成冷速低、組織粗大、性能低劣，特別是環(huán)件的周向凝固收縮量大，難以避免所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使環(huán)件嚴重變形，以至開裂等問題。
二十世紀七十年代初提出的噴射沉積工藝是介于鑄造冶金與粉末冶金之間的第三種材料坯件的成型方法，其基本原理是將熔融金屬或合金通過高壓高速惰性氣體霧化，形成顆粒噴射流，直接噴射在相對較冷的基體上，經(jīng)過撞擊、聚結(jié)、凝固而形成沉積坯。作為一種新型的快速凝固制坯方法，該技術(shù)被廣泛用于制備各種合金及復(fù)合材料管、錠和板坯等。傳統(tǒng)的噴射沉積由于在沉積過程中，坯件成型僅僅依賴基體運動，噴射流采用較大流量一次掃描沉積而成，難以制備大型坯件，沉積過程凝固冷速較低組織在制備大尺寸的厚壁管板坯和大直徑圓柱錠坯時，組織成普通鑄狀組織易于惡化成普通鑄組織。申請人在近年來實用新型了公告號為“CN1115217”的專利“移動坩堝自動化控制噴射沉積制坯方法及其裝置”，克服了傳統(tǒng)噴射沉積技術(shù)的諸多缺陷，成功地制備出尺寸精確、組織微細、均勻性能優(yōu)異的大型管坯、錠坯及板坯。但對于大型環(huán)件，特別是直徑大于3000～4000mm厚徑比較小的特大型環(huán)件的制備，由于沉積坯在冷卻過程不可避免產(chǎn)生體積收縮，特別是周向收縮量大、而產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，致使其開裂崩斷，這一問題一直有待于解決。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種對于大型環(huán)件的制備不會產(chǎn)生開裂崩斷的臥式噴射沉積制備大型環(huán)件裝置。
為了達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種臥式噴射，包括霧化室及其水冷夾層、機座及由曲柄連桿機構(gòu)帶動坩堝和噴槍運動的噴射霧化系統(tǒng)，其特征是主軸垂直設(shè)置在所述的霧化室內(nèi)，在所述的主軸上端水平設(shè)有與噴射霧化系統(tǒng)對應(yīng)的圓盤環(huán)形基體板及加熱電爐，主軸驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)置在主軸支撐系統(tǒng)上，主軸支撐系統(tǒng)設(shè)置在主軸升降系統(tǒng)上，所述的噴射霧化系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)和主軸升降系統(tǒng)均由智能控制。
主軸支撐系統(tǒng)導(dǎo)向桿和升降絲桿固裝在機座上，主軸升降滑動箱套裝在導(dǎo)向桿上，用于支撐主軸的主軸上支撐和主軸下支撐安裝在主軸升降滑動箱上。
主軸驅(qū)動系統(tǒng)主軸旋轉(zhuǎn)電機通過旋轉(zhuǎn)傳動齒輪與主軸傳動聯(lián)接。
主軸升降系統(tǒng)主軸升降電機安裝在主軸升降滑動箱，主軸升降滑動箱套裝在導(dǎo)向柱上，導(dǎo)向柱和升降絲桿設(shè)置在機座上，主軸升降電機通過升降傳動齒輪與升降絲桿傳動聯(lián)接。
基體旋轉(zhuǎn)電機通過旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，以齒輪帶動主軸旋轉(zhuǎn)。圓盤環(huán)形基體板通過法蘭固定在主軸并隨之一同旋轉(zhuǎn)。主軸升降電機驅(qū)動升降齒輪傳動機構(gòu)通過升降絲桿使主軸升降滑動箱系統(tǒng)沿導(dǎo)向柱作上、下移動。主軸通過主軸上支撐、主軸下支撐與主軸升降滑動箱連接，基體旋轉(zhuǎn)電機、旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)、主軸升降電機、升降齒輪傳動機構(gòu)、主軸上支撐、主軸下支撐、主軸、升降箱體滑套與主軸構(gòu)成一個整體同步移動。曲柄連桿機構(gòu)通過導(dǎo)板帶動坩堝及噴槍作水平往返運動。坩堝、噴槍固定在導(dǎo)板上。
噴射沉積過程中，坩堝中的熔融金屬通過噴槍被高壓氣壓霧化形成噴射流直接沉積在圓盤環(huán)形基體板上，形成沉積層，沉積層不斷累積形成環(huán)形坯件。
坩堝及噴槍水平運動，使噴射流在圓盤環(huán)形基體板上往返掃描，掃描的距離決定于環(huán)件的厚度，圓盤環(huán)形基體板一方面隨主軸作旋轉(zhuǎn)運動，同時隨沉積層增高隨主軸作下降移動。下降的距離即為環(huán)形坯件的高度。圓盤環(huán)形基體板中心不存在支撐機構(gòu)，圓盤環(huán)形基體板冷凝時徑向不受制約，可自由收縮以消除熱應(yīng)力，從而有效克服了制備大型環(huán)件時的產(chǎn)生開裂崩斷的問題。
本實用新型采用沉積基體結(jié)構(gòu)以及噴射沉積方法，結(jié)合移動坩堝運動機構(gòu)的智能控制，與基體的旋轉(zhuǎn)、下降運動有機地結(jié)合，提供了一套全新的大尺寸環(huán)件的噴射沉積制備方法及其裝置。提供了一套全新的噴射沉積方法及設(shè)備，成功地解決了大型環(huán)件及其復(fù)合材料的制備，且產(chǎn)品組織均勻、晶粒度達到10μm以下，材料利用率高，坯錠尺寸可以任意大。性能優(yōu)越，環(huán)件尺寸精度高，成本低廉，可以進行大規(guī)模的連續(xù)生產(chǎn)。
綜上所述，本實用新型是一種制備大型環(huán)件時不會產(chǎn)生開裂崩斷的臥式噴射沉積制備大型環(huán)件裝置。


附圖是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參見附圖，霧化室17上方設(shè)有由曲柄連桿機構(gòu)1帶動坩堝21和噴槍20運動的噴射霧化系統(tǒng)，霧化室17由機座22支撐，霧化室17外層設(shè)有帶進水口5和出水口23的水冷夾層18，下部設(shè)有排風(fēng)口16，主軸4垂直設(shè)置在霧化室17內(nèi)，在主軸4上端水平設(shè)有與噴射霧化系統(tǒng)對應(yīng)的圓盤環(huán)形基體板2及加熱電爐3，主軸驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)置在主軸支撐系統(tǒng)上，主軸支撐系統(tǒng)設(shè)置在主軸升降系統(tǒng)上，所述的噴射霧化系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)和主軸升降系統(tǒng)均由智能控制。
主軸支撐系統(tǒng)導(dǎo)向桿10和升降絲桿11固裝在機座22上，主軸升降滑動箱14套裝在導(dǎo)向桿10上，用于支撐主軸4的主軸上支撐6和主軸下支撐9安裝在主軸升降滑動箱14上。
主軸驅(qū)動系統(tǒng)主軸旋轉(zhuǎn)電機8通過旋轉(zhuǎn)傳動齒輪7與主軸4傳動聯(lián)接。
主軸升降系統(tǒng)主軸升降電機13安裝在主軸升降滑動箱14，主軸升降滑動箱14套裝在導(dǎo)向柱10上，導(dǎo)向柱10和升降絲桿11設(shè)置在機座22上，主軸升降電機13通過升降傳動齒輪12與升降絲桿11傳動聯(lián)接。
基體旋轉(zhuǎn)電機8通過旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)7，以齒輪帶動主軸4旋轉(zhuǎn)。圓盤環(huán)形基體板2通過法蘭固定在主軸4并隨之一同旋轉(zhuǎn)。主軸升降電機13驅(qū)動升降齒輪傳動機構(gòu)12通過升降絲桿11使主軸升降滑動箱14系統(tǒng)沿導(dǎo)向柱10作上、下移動。主軸4通過主軸上支撐6、主軸下支撐9與主軸升降滑動箱14連接，基體旋轉(zhuǎn)電機8、旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)7、主軸升降電機13、升降齒輪傳動機構(gòu)12、主軸上支撐6、主軸下支撐9、主軸4、升降箱體滑套15與主軸4構(gòu)成一個整體同步移動。曲柄連桿機構(gòu)1通過導(dǎo)板19帶動坩堝21及噴槍20作水平往返運動。坩堝21、噴槍20固定在導(dǎo)板19上。
噴射沉積過程中，坩堝21中的熔融金屬通過噴槍20被高壓氣壓霧化形成噴射流直接沉積在圓盤環(huán)形基體板2上，形成沉積層，沉積層不斷累積形成環(huán)形坯件。
坩堝21及噴槍20水平運動，使噴射流在圓盤環(huán)形基體板2上往返掃描，掃描的距離決定于環(huán)件的厚度，圓盤環(huán)形基體板2一方面隨主軸4作旋轉(zhuǎn)運動，同時隨沉積層增高隨主軸4作下降移動。下降的距離即為環(huán)形坯件的高度。圓盤環(huán)形基體板中心不存在支撐機構(gòu)，圓盤環(huán)形基體板冷凝時徑向不受制約，可自由收縮以消除熱應(yīng)力，從而有效克服了制備大型環(huán)件時的產(chǎn)生開裂崩斷的問題。
用本實用新型制備圓盤環(huán)形基體板，采用附表所示的工藝參數(shù)，成功地制備出1200mm×200mm×200mm A359/SiCp鋁基復(fù)合材料環(huán)件，經(jīng)后續(xù)加工后可用于制備高速列車用鋁基復(fù)合材料制動盤。
附表大型環(huán)件噴射沉積工藝參數(shù)
權(quán)利要求1.一種臥式噴射沉積制備大型環(huán)件裝置，包括霧化室(17)及其水冷夾層(18)、機座(22)及由曲柄連桿機構(gòu)(1)帶動坩堝(21)和噴槍(20)運動的噴射霧化系統(tǒng)，其特征是主軸(4)垂直設(shè)置在所述的霧化室(17)內(nèi)，在所述的主軸(4)上端水平設(shè)有與噴射霧化系統(tǒng)對應(yīng)的圓盤環(huán)形基體板(2)及加熱電爐(3)，主軸驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)置在主軸支撐系統(tǒng)上，主軸支撐系統(tǒng)設(shè)置在主軸升降系統(tǒng)上，所述的噴射霧化系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)和主軸升降系統(tǒng)均由智能控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式噴射沉積制備大型環(huán)件裝置，其特征是所述的主軸支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向桿(10)和升降絲桿(11)固裝在機座(22)上，主軸升降滑動箱(14)套裝在導(dǎo)向桿(10)上，用于支撐主軸(4)的主軸上支撐(6)和主軸下支撐(9)安裝在主軸升降滑動箱(14)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的臥式噴射沉積制備大型環(huán)件裝置，其特征是所述的主軸驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為主軸旋轉(zhuǎn)電機(8)通過旋轉(zhuǎn)傳動齒輪(7)與主軸(4)傳動聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的臥式噴射沉積制備大型環(huán)件裝置，其特征是所述的主軸升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為主軸升降電機(13)安裝在主軸升降滑動箱(14)，主軸升降滑動箱(14)套裝在導(dǎo)向柱(10)上，導(dǎo)向柱(10)和升降絲桿(11)設(shè)置在機座(22)上，主軸升降電機(13)通過升降傳動齒輪(12)與升降絲桿(11)傳動聯(lián)接。
專利摘要本實用新型公開了一種臥式噴射沉積制備大型環(huán)件裝置，包括霧化室(17)及其水冷夾層(18)、機座(22)及由曲柄連桿機構(gòu)(1)帶動坩堝(21)和噴槍(20)運動的噴射霧化系統(tǒng)，其特征是主軸(4)垂直設(shè)置在所述的霧化室(17)內(nèi)，在所述的主軸(4)上端水平設(shè)有與噴射霧化系統(tǒng)對應(yīng)的圓盤環(huán)形基體板(2)及加熱電爐(3)，主軸驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)置在主軸支撐系統(tǒng)上，主軸支撐系統(tǒng)設(shè)置在主軸升降系統(tǒng)上，所述的噴射霧化系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)和主軸升降系統(tǒng)均由智能控制。
文檔編號B22F3/115GK2712504SQ20042003524
公開日2005年7月27日 申請日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者陳振華, 陳剛, 嚴紅革, 傅定發(fā) 申請人:湖南大學(xué)