专利名称：卧式喷射沉积制备大型环件装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种卧式喷射沉积制备大型环件装置。
背景技术：
大型环型结构件，特别是Al、Mg轻合金环件，广泛地用于宇航、航空、交通、能量工业等方面。对于大型或特大型环件(直径3.5米以上)，由于厚径比相对较小，铸造成型除了造型、浇铸方面的困难外，同时将由于铸件大型化造成冷速低、组织粗大、性能低劣，特别是环件的周向凝固收缩量大，难以避免所产生的内应力使环件严重变形，以至开裂等问题。
二十世纪七十年代初提出的喷射沉积工艺是介于铸造冶金与粉末冶金之间的第三种材料坯件的成型方法，其基本原理是将熔融金属或合金通过高压高速惰性气体雾化，形成颗粒喷射流，直接喷射在相对较冷的基体上，经过撞击、聚结、凝固而形成沉积坯。作为一种新型的快速凝固制坯方法，该技术被广泛用于制备各种合金及复合材料管、锭和板坯等。传统的喷射沉积由于在沉积过程中，坯件成型仅仅依赖基体运动，喷射流采用较大流量一次扫描沉积而成，难以制备大型坯件，沉积过程凝固冷速较低组织在制备大尺寸的厚壁管板坯和大直径圆柱锭坯时，组织成普通铸状组织易于恶化成普通铸组织。申请人在近年来实用新型了公告号为“CN1115217”的专利“移动坩埚自动化控制喷射沉积制坯方法及其装置”，克服了传统喷射沉积技术的诸多缺陷，成功地制备出尺寸精确、组织微细、均匀性能优异的大型管坯、锭坯及板坯。但对于大型环件，特别是直径大于3000～4000mm厚径比较小的特大型环件的制备，由于沉积坯在冷却过程不可避免产生体积收缩，特别是周向收缩量大、而产生巨大的热应力，致使其开裂崩断，这一问题一直有待于解决。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种对于大型环件的制备不会产生开裂崩断的卧式喷射沉积制备大型环件装置。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种卧式喷射，包括雾化室及其水冷夹层、机座及由曲柄连杆机构带动坩埚和喷枪运动的喷射雾化系统，其特征是主轴垂直设置在所述的雾化室内，在所述的主轴上端水平设有与喷射雾化系统对应的圆盘环形基体板及加热电炉，主轴驱动系统设置在主轴支撑系统上，主轴支撑系统设置在主轴升降系统上，所述的喷射雾化系统、主轴驱动系统和主轴升降系统均由智能控制。
主轴支撑系统导向杆和升降丝杆固装在机座上，主轴升降滑动箱套装在导向杆上，用于支撑主轴的主轴上支撑和主轴下支撑安装在主轴升降滑动箱上。
主轴驱动系统主轴旋转电机通过旋转传动齿轮与主轴传动联接。
主轴升降系统主轴升降电机安装在主轴升降滑动箱，主轴升降滑动箱套装在导向柱上，导向柱和升降丝杆设置在机座上，主轴升降电机通过升降传动齿轮与升降丝杆传动联接。
基体旋转电机通过旋转传动机构，以齿轮带动主轴旋转。圆盘环形基体板通过法兰固定在主轴并随之一同旋转。主轴升降电机驱动升降齿轮传动机构通过升降丝杆使主轴升降滑动箱系统沿导向柱作上、下移动。主轴通过主轴上支撑、主轴下支撑与主轴升降滑动箱连接，基体旋转电机、旋转传动机构、主轴升降电机、升降齿轮传动机构、主轴上支撑、主轴下支撑、主轴、升降箱体滑套与主轴构成一个整体同步移动。曲柄连杆机构通过导板带动坩埚及喷枪作水平往返运动。坩埚、喷枪固定在导板上。
喷射沉积过程中，坩埚中的熔融金属通过喷枪被高压气压雾化形成喷射流直接沉积在圆盘环形基体板上，形成沉积层，沉积层不断累积形成环形坯件。
坩埚及喷枪水平运动，使喷射流在圆盘环形基体板上往返扫描，扫描的距离决定于环件的厚度，圆盘环形基体板一方面随主轴作旋转运动，同时随沉积层增高随主轴作下降移动。下降的距离即为环形坯件的高度。圆盘环形基体板中心不存在支撑机构，圆盘环形基体板冷凝时径向不受制约，可自由收缩以消除热应力，从而有效克服了制备大型环件时的产生开裂崩断的问题。
本实用新型采用沉积基体结构以及喷射沉积方法，结合移动坩埚运动机构的智能控制，与基体的旋转、下降运动有机地结合，提供了一套全新的大尺寸环件的喷射沉积制备方法及其装置。提供了一套全新的喷射沉积方法及设备，成功地解决了大型环件及其复合材料的制备，且产品组织均匀、晶粒度达到10μm以下，材料利用率高，坯锭尺寸可以任意大。性能优越，环件尺寸精度高，成本低廉，可以进行大规模的连续生产。
综上所述，本实用新型是一种制备大型环件时不会产生开裂崩断的卧式喷射沉积制备大型环件装置。
附图是本实用新型结构示意图。
具体实施方式
参见附图，雾化室17上方设有由曲柄连杆机构1带动坩埚21和喷枪20运动的喷射雾化系统，雾化室17由机座22支撑，雾化室17外层设有带进水口5和出水口23的水冷夹层18，下部设有排风口16，主轴4垂直设置在雾化室17内，在主轴4上端水平设有与喷射雾化系统对应的圆盘环形基体板2及加热电炉3，主轴驱动系统设置在主轴支撑系统上，主轴支撑系统设置在主轴升降系统上，所述的喷射雾化系统、主轴驱动系统和主轴升降系统均由智能控制。
主轴支撑系统导向杆10和升降丝杆11固装在机座22上，主轴升降滑动箱14套装在导向杆10上，用于支撑主轴4的主轴上支撑6和主轴下支撑9安装在主轴升降滑动箱14上。
主轴驱动系统主轴旋转电机8通过旋转传动齿轮7与主轴4传动联接。
主轴升降系统主轴升降电机13安装在主轴升降滑动箱14，主轴升降滑动箱14套装在导向柱10上，导向柱10和升降丝杆11设置在机座22上，主轴升降电机13通过升降传动齿轮12与升降丝杆11传动联接。
基体旋转电机8通过旋转传动机构7，以齿轮带动主轴4旋转。圆盘环形基体板2通过法兰固定在主轴4并随之一同旋转。主轴升降电机13驱动升降齿轮传动机构12通过升降丝杆11使主轴升降滑动箱14系统沿导向柱10作上、下移动。主轴4通过主轴上支撑6、主轴下支撑9与主轴升降滑动箱14连接，基体旋转电机8、旋转传动机构7、主轴升降电机13、升降齿轮传动机构12、主轴上支撑6、主轴下支撑9、主轴4、升降箱体滑套15与主轴4构成一个整体同步移动。曲柄连杆机构1通过导板19带动坩埚21及喷枪20作水平往返运动。坩埚21、喷枪20固定在导板19上。
喷射沉积过程中，坩埚21中的熔融金属通过喷枪20被高压气压雾化形成喷射流直接沉积在圆盘环形基体板2上，形成沉积层，沉积层不断累积形成环形坯件。
坩埚21及喷枪20水平运动，使喷射流在圆盘环形基体板2上往返扫描，扫描的距离决定于环件的厚度，圆盘环形基体板2一方面随主轴4作旋转运动，同时随沉积层增高随主轴4作下降移动。下降的距离即为环形坯件的高度。圆盘环形基体板中心不存在支撑机构，圆盘环形基体板冷凝时径向不受制约，可自由收缩以消除热应力，从而有效克服了制备大型环件时的产生开裂崩断的问题。
用本实用新型制备圆盘环形基体板，采用附表所示的工艺参数，成功地制备出1200mm×200mm×200mm A359/SiCp铝基复合材料环件，经后续加工后可用于制备高速列车用铝基复合材料制动盘。
附表大型环件喷射沉积工艺参数
权利要求1.一种卧式喷射沉积制备大型环件装置，包括雾化室(17)及其水冷夹层(18)、机座(22)及由曲柄连杆机构(1)带动坩埚(21)和喷枪(20)运动的喷射雾化系统，其特征是主轴(4)垂直设置在所述的雾化室(17)内，在所述的主轴(4)上端水平设有与喷射雾化系统对应的圆盘环形基体板(2)及加热电炉(3)，主轴驱动系统设置在主轴支撑系统上，主轴支撑系统设置在主轴升降系统上，所述的喷射雾化系统、主轴驱动系统和主轴升降系统均由智能控制。
2.根据权利要求1所述的卧式喷射沉积制备大型环件装置，其特征是所述的主轴支撑系统结构为导向杆(10)和升降丝杆(11)固装在机座(22)上，主轴升降滑动箱(14)套装在导向杆(10)上，用于支撑主轴(4)的主轴上支撑(6)和主轴下支撑(9)安装在主轴升降滑动箱(14)上。
3.根据权利要求1或2所述的卧式喷射沉积制备大型环件装置，其特征是所述的主轴驱动系统结构为主轴旋转电机(8)通过旋转传动齿轮(7)与主轴(4)传动联接。
4.根据权利要求1或2所述的卧式喷射沉积制备大型环件装置，其特征是所述的主轴升降系统结构为主轴升降电机(13)安装在主轴升降滑动箱(14)，主轴升降滑动箱(14)套装在导向柱(10)上，导向柱(10)和升降丝杆(11)设置在机座(22)上，主轴升降电机(13)通过升降传动齿轮(12)与升降丝杆(11)传动联接。
专利摘要本实用新型公开了一种卧式喷射沉积制备大型环件装置，包括雾化室(17)及其水冷夹层(18)、机座(22)及由曲柄连杆机构(1)带动坩埚(21)和喷枪(20)运动的喷射雾化系统，其特征是主轴(4)垂直设置在所述的雾化室(17)内，在所述的主轴(4)上端水平设有与喷射雾化系统对应的圆盘环形基体板(2)及加热电炉(3)，主轴驱动系统设置在主轴支撑系统上，主轴支撑系统设置在主轴升降系统上，所述的喷射雾化系统、主轴驱动系统和主轴升降系统均由智能控制。
文档编号B22F3/115GK2712504SQ20042003524
公开日2005年7月27日 申请日期2004年3月5日 优先权日2004年3月5日
发明者陈振华, 陈刚, 严红革, 傅定发 申请人:湖南大学