一种金属粉末颗粒制备装置的制作方法

本实用新型涉及电弧加工装置的技术领域，特别涉及一种金属粉末颗粒制备装置。

背景技术：

现如今，金属3D打印技术正在迅猛发展，在航空航天、汽车、船舶、医学、家电等领域均有广泛应用，并在工程和教学研究等领域也占有独特地位。

金属3D打印技术的原材料是有一定形状和性能要求的金属粉末颗粒，目前常见的例如由钛合金、铝合金、高温合金、模具钢、镍基合金粉末颗粒等。金属粉末颗粒通常使用射频等离子法、等离子旋转电极法、气雾化法等方法制备，但是上述制备方法存在着生产效率低、粉体颗粒粗大、粒度分布不均匀、制备过程复杂、成本居高不下等弊端，难以满足3D打印制造等领域对优质粉末颗粒的大量需求。

高效电弧放电爆炸蚀除加工技术是一种近年发展起来的高效加工方法。该方法利用工件和工具电极之间放电形成电弧等离子体，通过工具电极和工件的高速相对机械运动和高压流体实现断弧并排除熔融的工件材料，实现各种难切削金属材料的高效去除。

研究发现，电弧放电过程中，高能量密度电弧作用下的工件材料会被快速地熔化甚至气化，电弧等离子体在扩张过程中会受到工具电极与工件之间高速相对机械运动作用和高速冲液的作用在工件表面偏移切断，在这种情况下，工件表面的熔融区会因为电弧等离子体形态的改变而发生爆炸作用，材料被抛离出熔融区进而完成材料去除，被抛离的液态、气态金属材料在极间高速工作液中急速冷却形成大量的蚀除颗粒。

通过对现有技术检索发现，专利文件CN105345019A公开的3D打印用金属粉末高效电弧放电制备装置，该装置通过惰性气体保护，通过外冲液和机械运动控制断弧，利用电弧放电加工技术制备金属粉末；由于该方法使用外冲液，实际电弧放电加工时电极与工件距离只有1mm左右，冲液难以进入放电区域，极易造成过烧，造成电极与工件接触短路，致使粉末制备效率低下。

专利文件CN201720661052.2公开的真空电弧制备金属粉末的装置，该装置在真空条件下，连接电源两极的金属丝在电弧作用下熔化形成金属液滴，金属液滴被来自气源的气体吹散成微小球形液滴，冷却后形成粉末颗粒；由于该方法在真空条件下，使用金属丝作为两极，制备过程复杂而且生产粉末颗粒效率很低，难以大量制备。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提出一种金属粉末颗粒制备装置，旨在解决现有金属粉末颗粒制备装置粉末颗粒成粉率低、球形度差、生产效率低且经济成本高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的金属粉末颗粒制备装置，设于机床本体，所述金属粉末颗粒制备装置包括：

电极组件，所述电极组件具有腔体，所述腔体设有冲液进口和冲液出口，以供冲液从所述冲液进口流入，流经所述腔体，并通过所述冲液出口朝向极间放电区域流出；以及，

冲液系统，包括内冲液管，所述内冲液管与所述冲液进口连通设置。

优选地，所述电极组件包括：

电极座，所述电极座设有所述腔体，所述电极座的一侧壁上开设有所述冲液进口；以及，

电极体，安装于所述电极座的下端，所述电极体沿上下向贯设有多个流出通道，所述多个流出通道的上端连通所述腔体设置，所述流出通道的下端对应为所述冲液出口。

优选地，所述电极体的下端开设有沿横向贯设的凹槽，所述凹槽的槽口朝下，且所述凹槽上分布有多个所述冲液出口；

所述凹槽的槽宽自下至上呈渐窄设置。

优选地，所述凹槽的内壁呈弧面设置。

优选地，所述金属粉末颗粒制备装置还包括驱动系统，所述驱动系统包括：

驱动头，所述电极座安装于所述驱动头的下端；

进给驱动装置，与所述驱动头驱动连接，用以驱动所述电极组件分别沿横向进给和上下向进给；以及，

旋转驱动装置，用以驱动所述工件在所述极间放电区域内绕横向转动。

优选地，所述冲液系统还包括多个外冲液管，所述多个外冲液管围设于所述电极组件的外围，用于将冲液导流至靠近所述极间放电区域。

优选地，所述冲液系统还包括：

冲液沉降箱，设于所述极间放电区域的下方，且上端呈开口设置，用于分离出冲液和工件颗粒；

冲液循环箱，用于收集冲液；

第一驱动泵，用于将冲液从所述冲液沉降箱抽吸至所述冲液循环箱；以及，

第二驱动泵，用于将冲液从所述冲液循环箱抽吸至所述内冲液管以及多个所述外冲液管。

优选地，所述冲液系统还包括：

第一冲液管，一端与所述第二驱动泵的输出端口连通设置；以及，

分流装置，设于所述电极组件的上方，且具有相互连通设置的一个进水口和多个出水口，其中，所述进水口与所述第一冲液管的另一端连通设置，所述多个出水口分别与所述内冲液管以及多个所述外冲液管连通设置，且所述进水口和所述多个出水口分别对应设有阀门。

优选地，所述金属粉末颗粒制备装置还包括滤板，所述滤板盖合所述冲液沉降箱的开口设置，所述滤板开设有连通所述冲液沉降箱的多个滤口，以供冲液和工件颗粒通过所述滤口流入所述冲液沉降箱。

优选地，所述冲液沉降箱具有沿横向呈相对设置的第一侧板和第二侧板；

所述冲液沉降箱还包括：

导流板，设于所述冲液沉降箱内，且一端与所述第一侧板连接，另一端向远离所述第一侧板方向朝下倾斜延伸设置；

多个收集槽，沿横向依次相邻排列于所述导流板的下方，且槽口朝上设置，用于收集经所述导流板沉降的工件颗粒，其中，所述多个收集槽的槽深沿远离所述第二侧板的方向呈渐低设置；以及，

排水孔，设于所述第一侧板，且间隔所述冲液沉降箱的底壁设置。

本实用新型提供的技术方案中，设置电极组件和工件分别连接电源正极和负极，且驱动二者相互靠近至有效距离范围以形成极间放电区域，从而使二者产生相对高速旋转运动以对所述工件进行机械运动断弧，然后通过在电极组件内设置腔体、冲液进口和冲液出口，可使冲液朝向所述极间放电区域流出以对所述工件进行流体动力断弧，从而在所述机械运动断弧和所述流体动力断弧的共同作用下，实现对所述工件的电弧放电爆炸蚀除加工，获得所需的工件颗粒。所述金属粉末颗粒制备装置电弧放电过程稳定，粉末颗粒制备高质高效，且具有结构简单、成本低廉的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的金属粉末颗粒制备装置的一实施例的立体结构示意图；

图2为图1中的电极组件的剖面结构示意图；

图3为图1中的金属粉末颗粒制备装置的部分结构示意图；

图4为图1中的分流装置的剖面结构示意图；

图5为图1中的冲液沉降箱的部分结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种金属粉末颗粒制备装置，请参阅图1至图5，为本实用新型提供的金属粉末颗粒装置的一实施例。

请参阅图1和图2，本实用新型提供的一种金属粉末颗粒制备装置100设于机床本体1，所述机床本体1提供基本的架体和平台结构，用以支撑所述金属粉末颗粒制备装置100的正常安装。在本实施例中，所述金属粉末颗粒制备装置100包括电极组件2以及冲液系统3，其中，所述电极组件2具有腔体211，按照实际应用情况，所述腔体211可以设置为任意需要的形状以及适宜的容积大小，所述腔体211设有冲液进口211a和冲液出口221a，以供冲液从所述冲液进口211a流入，流经所述腔体211，并通过所述冲液出口221a朝向极间放电区域流出，使得所述冲液可以直接作用于所述极间放电区域内。在机械运动断弧和流体动力断弧的共同作用下，所述极间放电区域产生高能量密度的电弧放电爆炸蚀除，使得所述工件200迅速熔化、气化并被抛离在空中，通过所述冲液的冷却，在表面张力的收缩作用下形成圆球形的颗粒，从而获得需要的工件颗粒。所述冲液系统3包括内冲液管37，所述内冲液管37与所述冲液进口211a连通设置，用于使所述冲液从所述冲液进口211a流入，所述内冲液管37和所述冲液进口211a之间还配置有密封结构，以防止所述冲液在高速流动下从二者的连接处漏出。

本实用新型提供的技术方案中，设置电极组件2和工件200分别连接电源正极和负极，且驱动二者相互靠近至有效距离范围以形成极间放电区域，从而使所二者之间产生相对高速旋转运动以对所述工件200进行机械运动断弧，然后通过在电极组件2内设置腔体211、冲液进口211a和冲液出口221a，可使冲液朝向所述极间放电区域流出以对所述工件200进行流体动力断弧，从而在所述机械运动断弧和所述流体动力断弧的共同作用下，实现对所述工件200的电弧放电爆炸蚀除加工，获得所需的工件颗粒。所述金属粉末颗粒制备装置100的电弧放电过程稳定，粉末颗粒制备高质高效，且具有结构简单、成本低廉的优点。

进一步地，在本实施例中，所述电极组件2包括电极座21以及电极体22，其中，所述电极座21的上端具有安装端，用以与所述驱动系统4安装连接，所述电极座21设有所述腔体211，所述电极座21的一侧壁上开设有所述冲液进口211a；所述电极体22安装于所述电极座21的下端，所述电极体22沿上下向贯设有多个流出通道221，所述多个流出通道221的上端连通所述腔体211设置，下端对应为所述冲液出口221a，以使得所述冲液在泵体等设备的作用下产生足够的流速，从所述腔体211流出，经所述多个流出通道221，最后从所述冲液出口221a直接流至所述极间放电区域，形成电弧放电爆炸蚀除。如此设置，使得所述冲液可以直接作用于所述极间放电区域，实现流体动力断弧和高速冷却功能，并且所述冲液的流通不影响所述电极体22的正常放电作用，具有结构简单，冷却效果良好的优点。所述电极组件2还可以设置有密封圈23，所述密封圈23设于所述电极座21与所述电极体22之间，且对应所述多个流出通道221开设有多个通孔，从而避免所述电极组件2内流通的所述冲液从所述电极座21以及所述电极体22之间的连接处流出。

需要说明的是，由于在所述电弧放电爆炸蚀除加工过程中，所述电极体22和所述工件200均存在一定的损耗，为了避免在最终获得的所述工件颗粒中掺入杂质，一般优选设置所述电极体22和所述工件200由同种材料制成。

为了扩大所述极间放电区域的作用面积，从而提高所述电弧放电爆炸蚀除加工的效率和稳定性，在本实施例中，所述电极体22的下端开设有沿横向贯设的凹槽，所述凹槽的槽口朝下，用以正对所述工件200，且所述凹槽上分布有多个所述冲液出口221a，如此设置，可以在不改变所述电极体22的整体尺寸的情况下，使得所述极间放电区域从仅作用于所述工件200的部分圆弧扩大至作用于所述工件200的半圆弧，从而使所述工件200在单位时间内被切削的表面积增加，可以有效提高电弧放电爆炸蚀除加工的效率；进一步地，优选所述凹槽的槽宽自下至上呈渐窄设置，相较于截面为矩形设置的所述凹槽，可以避免由于棱角造成的电弧放电的集中，使得所述极间放电区域内的电弧放电均匀等效，从而提高电弧放电爆炸蚀除加工的稳定性。

进一步地，在实际应用中，所述凹槽的槽宽自下至上呈渐窄设置，可以具体体现为为自下至上呈逐渐靠近所述凹槽中心的倾斜设置，但由于所述工件200与所述电极组件2之间一般设置为具有相对旋转运动，以避免所述电极组件2和所述工件200之间过烧短路，因此优选地，可以设置所述凹槽的内壁呈弧面，更适配于旋转的所述工件200，以确保可以更好地进行流体断弧和机械断弧，从而获得高质量的所述工件颗粒。

进一步地，所述金属粉末颗粒制备装置还包括驱动系统4，所述驱动系统4可以由基本的传动组件以及动力组件构成，用于仅驱动所述电极组件2运动，或者仅驱动所述工件200运动，或者同时驱动所述电极组件2和所述工件200运动，以使得所述电极组件2和所述工件200相互靠近以形成机械运动断弧。也即，所述驱动系统4的具体表现形式有多种，为了便于理解，参考现有技术，统一定义下文中的所述横向为所述机床本体1的固有坐标系的X轴方向，所述上下向为Z轴方向。请参阅图1和图3，在本实施例中，所述驱动系统4包括驱动头41、进给驱动装置42和旋转驱动装置43，其中，所述电极座21的安装端安装于所述驱动头41的下端，所述进给驱动装置42与所述驱动头41驱动连接，用以驱动所述电极组件2分别沿横向进给和上下向进给，具体地，所述进给驱动装置42可以主要由Z轴伺服电机、Z轴滑块、Z轴导轨、Z轴丝杠以及X轴伺服电机、X轴滑块、X轴导轨、X轴丝杠组成，具体的安装方式以及实现原理可参考现有技术，此处不做详述；所述旋转驱动装置43与所述工件200驱动连接，用以驱动所述工件200在所述极间放电区域内绕横向转动，具体地，所述旋转驱动装置43可以主要由卡盘、尾座以及与所述卡盘驱动连接的驱动电机组成，同样地，具体的安装方式以及实现原理可参考现有技术，此处不做详述。如此设置，在所述电弧放电爆炸蚀除加工之前的准备工作中，当装夹好所述工件200后，可以通过所述进给驱动装置42对所述电极组件2的Z轴方向进给和X轴方向进给进行调配；另外，在所述电弧放电爆炸蚀除加工过程中，所述工件200在所述旋转驱动装置43的驱动下虽始终保持绕定轴匀速旋转，但其表面会随着电弧放电爆炸蚀除加工而形成损耗，使得所述电极体22的下端与所述工件200的距离逐渐增大，此时，所述电极组件2可以在所述进给驱动装置42的驱动下匀速进给至所述有效距离范围内，实现所述电弧放电爆炸蚀除加工的稳定高效进行。

需要说明的是，在第二个具体实施例中(附图未标示)，还可以设置所述驱动系统4只驱动所述工件200运动，所述工件200的运动包括绕X轴旋转、沿X轴方向进给以及沿Z轴方向进给，同理地，所述绕X轴旋转可以通过电机驱动卡盘实现，所述沿X轴方向进给以及沿Z轴方向进给可以参照上文，通过将所述卡盘和电机整体固定于滑块，并结合Z轴伺服电机、Z轴导轨、Z轴丝杠以及X轴伺服电机、X轴导轨、X轴丝杠实现。在第三个具体实施例中(附图未标示)，还可以设置所述驱动系统4只驱动所述电极组件2运动，同理地，所述运动包括绕X轴旋转、沿X轴方向进给以及沿Z轴方向进给，具体实现方法与上述第二个具体实施例相似，此处不作详述。

进一步地，为了实现更好的流体动力断弧效果，请参阅图1，在本实施例中，所述冲液系统3还包括多个外冲液管38，所述多个外冲液管38围设于所述电极组件2的外围，用于将冲液导流至靠近所述极间放电区域。通过所述内冲液管37和多个所述外冲液管38的配合，可以使抛离在所述极间放电区域内外的所述工件颗粒均能得到更好地降温冷区效果，以获得粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好以及松装密度高的所述工件颗粒，从而使得所述工件颗粒的制备更加高效。

更进一步地，在本实施例中，所述冲液系统3还包括冲液沉降箱31、冲液循环箱32、第一驱动泵33以及第二驱动泵34，其中，所述冲液沉降箱31可拆卸地设于所述极间放电区域的下方，所述冲液沉降箱31具有内腔，且上端呈开口设置，用于直接盛装经流体断弧获得的所述工件颗粒以及所述冲液，并且分离出冲液和工件颗粒；所述冲液循环箱32与所述冲液沉降箱31连通设置，用于收集冲液，具体地，所述冲液循环箱32与所述冲液沉降箱31之间的连通设置可以直接通过管道进行，但优选地，可以在二者之间设置第一驱动泵33，用于将冲液从所述冲液沉降箱31抽吸至所述冲液循环箱32，以增加所述冲液的流通动力，使所述冲液可以更快速地实现循环；所述第二驱动泵34用于将冲液从所述冲液循环箱32抽吸至所述内冲液管37以及多个所述外冲液管38，用以增加所述冲液速度，使所述冲液可以高速流通至所述极间放电区域内外，实现流体动力断弧和高速冷却的功能。

此外，为了减少所述金属粉末颗粒制备装置100上各种冲液管的布置，以简化所述金属粉末颗粒制备装置100的结构，请参阅图4，在本实施例中，所述冲液系统3还包括第一冲液管35和分流装置36，其中，所述分流装置36设于所述电极组件2的上方，且具有相互连通设置的一个进水口和多个出水口，且所述进水口和所述多个出水口分别对应设有阀门，也即所述进水口和所述多个出水口的开合可以通过例如阀门进行独立控制，其中，所述第一冲液管35的一端与所述第二驱动泵34的输出端口连通设置、另一端与所述进水口连通设置，所述多个出水口分别与所述内冲液管37以及多个所述外冲液管38连通设置。如此设置，可以按照需要控制所述内冲液管37以及所述外冲液管38的阀门的开合，同时，由于所述多个外冲液管38优选围设于所述电极组件2的外围，因此可以根据实际情况设置所述外冲液管38的阀门的开启数量，以及控制处于所需位置的所述外冲液管38的阀门的开启，更便利于操作人员的使用。

进一步地，在本实施例中，所述金属粉末颗粒制备装置100还包括滤板311，所述滤板311盖合所述冲液沉降箱31的开口设置，所述滤板311开设有连通所述冲液沉降箱31的多个滤口311a，以供所述冲液和所述工件颗粒通过所述滤口311a流入所述冲液沉降箱31，需要说明的是，所述滤口311a的具体结构在此处不作限制，为了更快速地收集所述冲液和所述工件颗粒，所述滤口311a例如可以设置为并行间隔设置的槽型流道，通过增大所述滤口311a的通口大小，可有效增加单位时间内所述冲液和所述工件颗粒进入所述冲液沉降箱31的速率；另外，为了简化整体结构，所述滤板311可以与所述机床本体1一体设置，或者可拆卸地设于所述机床本体1，并且，所述滤板311的上端面可以用于安装所述工件200或者所述金属粉末颗粒制备装置100。

请参阅图5，在本实施例中，所述冲液沉降箱31呈箱体结构，具有沿横向呈相对设置的第一侧板312和第二侧板313；所述冲液沉降箱31还包括导流板314、多个收集槽315以及排水孔316，其中，所述导流板314设于所述冲液沉降箱31内，且一端与所述第一侧板312连接，另一端沿远离所述第一侧板312方向朝下倾斜延伸设置；所述多个收集槽315，沿横向依次相邻排列于所述导流板314的下方，且槽口朝上设置，用于收集经所述导流板314沉降的工件颗粒，其中，所述多个收集槽315的槽深朝远离所述第二侧板313的方向呈渐低设置，所述导流板314的设置，有助于延长所述工件颗粒的在所述冲液的带动下的流动路径，使得所述工件颗粒可沿所述导流板314的倾斜方向向下流动，进入所述多个收集槽315。另外，沿横向相邻的每两个所述收集槽315之间设有溢流口315a，所述溢流口315a的两侧设有提手315b，所述溢流口315a的设置有利于使所述冲液依次流经所述多个收集槽315，经多次沉降后留下较多的所述工件颗粒，溢流出所述冲液；所述提手315b的设置，有利于每一所述收集槽315的拆卸，便于后续对所述工件颗粒的收集。进一步地，所述排水孔316设于所述第一侧板312，且间隔所述冲液沉降箱31的底壁设置，也即，所述排水孔316设于所述第一侧板312的上端，且位于所述导流板314的下方，有助于使所述工件颗粒和所述冲液充分分层，并且仅使位于上层的、纯度较高的所述冲液通过所述排水孔316流通至所述冲液循环箱32。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。