一种气体雾化喷嘴的制作方法

本发明是一种气体雾化喷嘴，特别涉及一种用于精密喷射成形技术中的金属液雾化喷嘴，是一种高速高压气体限制式雾化喷嘴，属于气体雾化喷嘴的创新技术。

背景技术：

喷射成形具有很高的冷却速率（≥l0³~10⁶k·s^-1）和大过冷度下高界面生长速率（≥1～100cm·s^-1）的凝固特性，能使材料微观组织均匀细化，消除成份宏观偏析，抑制微观偏析生成，形成亚稳结构，减少脆性相，减弱材料各向异性，从而使材料具有优异的使用性能。在喷射成形过程中，主要是喷嘴实现对雾化气体加速加压，并结合中间包达到所需的雾化效果，因此，雾化系统是喷射成形的关键和核心之一。

目前，各种雾化喷嘴设计方案很多，但普遍存在喷出气流不易控制、雾化能力弱、雾化散射大、导液管易堵塞、收得率低等缺陷，从而难以达到理想的雾化效果并保证喷射成形顺利进行。合理的雾化系统不但要保证良好的雾化效果，还要避免导液管入口因金属熔液张力难以流入、出口因“反喷”导致堵塞等问题。目前，已公开的专利包括公告号为cn201082470y、cn201399583y、cn201900264u等，一方面均为喷嘴结构改进，未考虑影响雾化效果的另一重要因素导液管设计；另一方面所采用双圈或环孔布置，导致雾化锥形状不理想、沉积坯冷速偏低等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种气体雾化喷嘴。本发明在导液管预热温度较低的情况下，保证金属熔液顺利从导液管流出，但无需加大导液管内径，避免雾化效果减弱；同时，提高雾化气体从喷嘴喷出的速度和压力，并保证喷出气体方向稳定、集中。

本发明的技术方案是：本发明的气体雾化喷嘴，包括有喷嘴外环、喷嘴内环、导液管、主进气管、辅进气管、中间包，其中导液管装设在中间包的底部，且导液管的一端与中间包的腔体相通，导液管的另一端向外伸出形成喷嘴，喷嘴内环套装在导液管所设喷嘴的外侧，喷嘴外环套装在喷嘴内环的外侧，喷嘴外环的内壁与喷嘴内环的外壁之间构成雾化气室，喷嘴外环的内壁与喷嘴内环的外壁之间在喷嘴的端部形成喷嘴出气口环缝,且喷嘴出气口环缝与雾化气室相通，两个主进气管对称装设在喷嘴外环的两侧，且两个主进气管的一端与雾化气室相通。

本发明由于采用包括中间包，中间包底部安装导液管，以及环绕导液管外侧的喷嘴的结构，高压气体通过环缝喷出和金属液流相遇，使金属液发生雾化；金属液经过导流管引出喷嘴。导液管内径入口采用抛物线结构，中间为锥形，出口为直壁段，从而既有利于熔液顺利流出，又有利于控制熔液流量；导液管从限制性环缝形喷嘴中间伸出，雾化气体通过垂直于导液管分布与两侧的主进气管和与气室成切向分布的辅进气管进入气室。进入气室的气体被均匀分布于环状椭圆形气室内，气体经有喷嘴内环和外环构成的环缝喷出；环缝为laval结构，气体经过环缝后增压增速，提高了金属熔液的雾化效果和冷却速率，且雾化锥形状良好，沉积后呈高斯分布，同时避免了金属熔液难以流入导液管、出口位置金属熔液反喷易被堵塞的现象，所得沉积坯金属表面分布均匀，无气孔，金属收得率得到了提高。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的气体雾化喷嘴。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明进气管平面的剖视图。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图1、2所示，本发明的气体雾化喷嘴，包括有喷嘴外环1、喷嘴内环2、导液管3、主进气管4、辅进气管5、中间包6，其中导液管3装设在中间包6的底部，且导液管3的一端与中间包6的腔体相通，导液管3的另一端向外伸出形成喷嘴，喷嘴内环2套装在导液管3所设喷嘴的外侧，喷嘴外环1套装在喷嘴内环2的外侧，喷嘴外环1的内壁与喷嘴内环2的外壁之间构成雾化气室7，喷嘴外环1的内壁与喷嘴内环2的外壁之间在喷嘴的端部形成喷嘴出气口环缝8,且喷嘴出气口环缝8与雾化气室7相通，两个主进气管4对称装设在喷嘴外环1的两侧，且两个主进气管4的一端与雾化气室7相通。

本实施例中，上述喷嘴出气口环缝8为laval结构，即发散-收敛-发散型结构。

上述喷嘴出气口环缝8的环缝中心线与喷嘴的几何中心线之间的夹角为20°～50°。本实施例中，喷嘴出气口环缝8的环缝中心线与喷嘴的几何中心线之间的夹角为34°。

本实施例中，上述喷嘴出气口环缝8的收敛处间隙为0.5～2mm。本实施例中，环缝收敛处最小间隙为0.8mm。

本实施例中，上述导液管3位于中间包6的底部几何中心，导液管3采用粘结剂与中间包6经高温烧结后相连接。

本实施例中，上述喷嘴内环2的中空腔体内壁设有定位台阶，导液管3的外壁也相应设有定位台阶，导液管3通过其外壁所设的定位台阶放置在喷嘴内环2内壁设有的定位台阶上定位。

本实施例中，上述喷嘴外环1上还装设有两个辅进气管5，两个辅进气管5呈轴线对称分布于喷嘴外环1，且两个辅进气管5的几何中心线与雾化气室7中心圆相切。即两个辅进气管5与水平方向成45°夹角。

本实施例中，主进气管4内径为8mm，辅进气管5内径为4mm。两个主进气管4与喷嘴中心轴线相垂直并相交，两个主进气管呈垂直布置，两个辅进气管沿切向布置。

上述主进气管4的内径和辅进气管5的内径大小比例在2.5～0.8之间。上述导液管3的出口直径为3～7mm，出口直壁部分占导液管总长度10%～20%。本实施例中，上述导液管3外侧为阶梯状，导液管3的内径入口采用抛物线结构，中间为锥形，出口为直通型。

本实施例中，导液管3的总长45mm，内孔入口处为抛物线形状，入口直径为12mm，抛物线段高度为8mm，从而避免导液管入口直径较小，因金属熔液表面张力而导致金属熔液难以流入导液管内；导液管3的末端直径为3mm，长度6mm，从而使金属熔液流量得以控制，并实现熔液流速增速的效果；中间段为锥形结构，并与入口段相切，可保证金属熔液顺利流过较长的低温导液管，避免金属熔液因温降流动性变差发生堵塞。

本发明的工作原理如下：从高压气源引入的气体，经串联的调压阀和流量阀，实现对进气压力和流量的控制，通过1进4出多通管接头与主进气管4和辅进气管5相连，从而保证主进气管4和辅进气管5入口处气体压力、流量相同；经主进气管4和辅进气管5进入气室的气体分配量由两者内径大小与比例控制。进入气室内的高压气体从laval结构环缝中增压增速喷出，并在喷嘴正下方汇聚；从导液管3中流出的金属熔液与高压气体相遇后，金属熔液受到稳定气流的冲击发生雾化，随气流继续喷射发生快速凝固，从而实现金属溶液的雾化。

本发明喷嘴进气管道采用两个对称分布的垂直于导液管的主进气管道和两个与气室相切的辅进气管道布局形式，主进气管道与气室垂直，气体垂直进入；辅助进气管道和气室相切，气体侧向进入，从而使气室中的气压均匀稳定，不产生旋流、涡流。喷嘴出口为由内、外两个环块构成的环缝型通道，环缝截面形状为发散-收敛-发散型的laval结构，环缝中心轴线为锥形布局。

本发明导液管内径采用变截面结构，在入口处，采用抛物线结构，中间为锥形，出口为直通型。入口为抛物线结构，可避免因表面张力金属熔液难以进入导液管；在熔液进入导液管后，通过锥形管道，可保证熔液能够流过较长的细管；出口为直通型，是熔液流动得到控制并实现流量控制。

本发明的限制性环缝形增压增速气体雾化系统具有如下特点：

1、具有独特的四通道进去系统，保证喷嘴气室内气流分布均匀、气压稳定、方向一致，从而使气流稳定从环缝喷出，有利于控制熔液雾化锥形状和雾化效果。

2、出气口为环缝形设置，保证雾化锥气流分布均匀；出气环缝设置成laval结构，可起到增压增速的效果，显著提高雾化气体动能，提升雾化效果，提高雾化金属冷却速率。

3、中间导液管内径为三级结构形式，入口抛物线结构有利于减小金属熔液表面张力影响，使金属顺利流入导液管；中间锥形结构，有利于金属熔液通过较长、温度较低的导液管，避免导液管堵塞；末端直通型结构，可控制熔液实现稳态流动，并实现熔液流速增速与控制。