本發(fā)明是一種氣體霧化噴嘴，特別涉及一種用于精密噴射成形技術中的金屬液霧化噴嘴，是一種高速高壓氣體限制式霧化噴嘴，屬于氣體霧化噴嘴的創(chuàng)新技術。

背景技術：

噴射成形具有很高的冷卻速率（≥l0³~10⁶k·s^-1）和大過冷度下高界面生長速率（≥1～100cm·s^-1）的凝固特性，能使材料微觀組織均勻細化，消除成份宏觀偏析，抑制微觀偏析生成，形成亞穩(wěn)結構，減少脆性相，減弱材料各向異性，從而使材料具有優(yōu)異的使用性能。在噴射成形過程中，主要是噴嘴實現(xiàn)對霧化氣體加速加壓，并結合中間包達到所需的霧化效果，因此，霧化系統(tǒng)是噴射成形的關鍵和核心之一。

目前，各種霧化噴嘴設計方案很多，但普遍存在噴出氣流不易控制、霧化能力弱、霧化散射大、導液管易堵塞、收得率低等缺陷，從而難以達到理想的霧化效果并保證噴射成形順利進行。合理的霧化系統(tǒng)不但要保證良好的霧化效果，還要避免導液管入口因金屬熔液張力難以流入、出口因“反噴”導致堵塞等問題。目前，已公開的專利包括公告號為cn201082470y、cn201399583y、cn201900264u等，一方面均為噴嘴結構改進，未考慮影響霧化效果的另一重要因素導液管設計；另一方面所采用雙圈或環(huán)孔布置，導致霧化錐形狀不理想、沉積坯冷速偏低等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種氣體霧化噴嘴。本發(fā)明在導液管預熱溫度較低的情況下，保證金屬熔液順利從導液管流出，但無需加大導液管內(nèi)徑，避免霧化效果減弱；同時，提高霧化氣體從噴嘴噴出的速度和壓力，并保證噴出氣體方向穩(wěn)定、集中。

本發(fā)明的技術方案是：本發(fā)明的氣體霧化噴嘴，包括有噴嘴外環(huán)、噴嘴內(nèi)環(huán)、導液管、主進氣管、輔進氣管、中間包，其中導液管裝設在中間包的底部，且導液管的一端與中間包的腔體相通，導液管的另一端向外伸出形成噴嘴，噴嘴內(nèi)環(huán)套裝在導液管所設噴嘴的外側(cè)，噴嘴外環(huán)套裝在噴嘴內(nèi)環(huán)的外側(cè)，噴嘴外環(huán)的內(nèi)壁與噴嘴內(nèi)環(huán)的外壁之間構成霧化氣室，噴嘴外環(huán)的內(nèi)壁與噴嘴內(nèi)環(huán)的外壁之間在噴嘴的端部形成噴嘴出氣口環(huán)縫,且噴嘴出氣口環(huán)縫與霧化氣室相通，兩個主進氣管對稱裝設在噴嘴外環(huán)的兩側(cè)，且兩個主進氣管的一端與霧化氣室相通。

本發(fā)明由于采用包括中間包，中間包底部安裝導液管，以及環(huán)繞導液管外側(cè)的噴嘴的結構，高壓氣體通過環(huán)縫噴出和金屬液流相遇，使金屬液發(fā)生霧化；金屬液經(jīng)過導流管引出噴嘴。導液管內(nèi)徑入口采用拋物線結構，中間為錐形，出口為直壁段，從而既有利于熔液順利流出，又有利于控制熔液流量；導液管從限制性環(huán)縫形噴嘴中間伸出，霧化氣體通過垂直于導液管分布與兩側(cè)的主進氣管和與氣室成切向分布的輔進氣管進入氣室。進入氣室的氣體被均勻分布于環(huán)狀橢圓形氣室內(nèi)，氣體經(jīng)有噴嘴內(nèi)環(huán)和外環(huán)構成的環(huán)縫噴出；環(huán)縫為laval結構，氣體經(jīng)過環(huán)縫后增壓增速，提高了金屬熔液的霧化效果和冷卻速率，且霧化錐形狀良好，沉積后呈高斯分布，同時避免了金屬熔液難以流入導液管、出口位置金屬熔液反噴易被堵塞的現(xiàn)象，所得沉積坯金屬表面分布均勻，無氣孔，金屬收得率得到了提高。本發(fā)明是一種設計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的氣體霧化噴嘴。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明進氣管平面的剖視圖。

具體實施方式

實施例：

本發(fā)明的結構示意圖如圖1、2所示，本發(fā)明的氣體霧化噴嘴，包括有噴嘴外環(huán)1、噴嘴內(nèi)環(huán)2、導液管3、主進氣管4、輔進氣管5、中間包6，其中導液管3裝設在中間包6的底部，且導液管3的一端與中間包6的腔體相通，導液管3的另一端向外伸出形成噴嘴，噴嘴內(nèi)環(huán)2套裝在導液管3所設噴嘴的外側(cè)，噴嘴外環(huán)1套裝在噴嘴內(nèi)環(huán)2的外側(cè)，噴嘴外環(huán)1的內(nèi)壁與噴嘴內(nèi)環(huán)2的外壁之間構成霧化氣室7，噴嘴外環(huán)1的內(nèi)壁與噴嘴內(nèi)環(huán)2的外壁之間在噴嘴的端部形成噴嘴出氣口環(huán)縫8,且噴嘴出氣口環(huán)縫8與霧化氣室7相通，兩個主進氣管4對稱裝設在噴嘴外環(huán)1的兩側(cè)，且兩個主進氣管4的一端與霧化氣室7相通。

本實施例中，上述噴嘴出氣口環(huán)縫8為laval結構，即發(fā)散-收斂-發(fā)散型結構。

上述噴嘴出氣口環(huán)縫8的環(huán)縫中心線與噴嘴的幾何中心線之間的夾角為20°～50°。本實施例中，噴嘴出氣口環(huán)縫8的環(huán)縫中心線與噴嘴的幾何中心線之間的夾角為34°。

本實施例中，上述噴嘴出氣口環(huán)縫8的收斂處間隙為0.5～2mm。本實施例中，環(huán)縫收斂處最小間隙為0.8mm。

本實施例中，上述導液管3位于中間包6的底部幾何中心，導液管3采用粘結劑與中間包6經(jīng)高溫燒結后相連接。

本實施例中，上述噴嘴內(nèi)環(huán)2的中空腔體內(nèi)壁設有定位臺階，導液管3的外壁也相應設有定位臺階，導液管3通過其外壁所設的定位臺階放置在噴嘴內(nèi)環(huán)2內(nèi)壁設有的定位臺階上定位。

本實施例中，上述噴嘴外環(huán)1上還裝設有兩個輔進氣管5，兩個輔進氣管5呈軸線對稱分布于噴嘴外環(huán)1，且兩個輔進氣管5的幾何中心線與霧化氣室7中心圓相切。即兩個輔進氣管5與水平方向成45°夾角。

本實施例中，主進氣管4內(nèi)徑為8mm，輔進氣管5內(nèi)徑為4mm。兩個主進氣管4與噴嘴中心軸線相垂直并相交，兩個主進氣管呈垂直布置，兩個輔進氣管沿切向布置。

上述主進氣管4的內(nèi)徑和輔進氣管5的內(nèi)徑大小比例在2.5～0.8之間。上述導液管3的出口直徑為3～7mm，出口直壁部分占導液管總長度10%～20%。本實施例中，上述導液管3外側(cè)為階梯狀，導液管3的內(nèi)徑入口采用拋物線結構，中間為錐形，出口為直通型。

本實施例中，導液管3的總長45mm，內(nèi)孔入口處為拋物線形狀，入口直徑為12mm，拋物線段高度為8mm，從而避免導液管入口直徑較小，因金屬熔液表面張力而導致金屬熔液難以流入導液管內(nèi)；導液管3的末端直徑為3mm，長度6mm，從而使金屬熔液流量得以控制，并實現(xiàn)熔液流速增速的效果；中間段為錐形結構，并與入口段相切，可保證金屬熔液順利流過較長的低溫導液管，避免金屬熔液因溫降流動性變差發(fā)生堵塞。

本發(fā)明的工作原理如下：從高壓氣源引入的氣體，經(jīng)串聯(lián)的調(diào)壓閥和流量閥，實現(xiàn)對進氣壓力和流量的控制，通過1進4出多通管接頭與主進氣管4和輔進氣管5相連，從而保證主進氣管4和輔進氣管5入口處氣體壓力、流量相同；經(jīng)主進氣管4和輔進氣管5進入氣室的氣體分配量由兩者內(nèi)徑大小與比例控制。進入氣室內(nèi)的高壓氣體從laval結構環(huán)縫中增壓增速噴出，并在噴嘴正下方匯聚；從導液管3中流出的金屬熔液與高壓氣體相遇后，金屬熔液受到穩(wěn)定氣流的沖擊發(fā)生霧化，隨氣流繼續(xù)噴射發(fā)生快速凝固，從而實現(xiàn)金屬溶液的霧化。

本發(fā)明噴嘴進氣管道采用兩個對稱分布的垂直于導液管的主進氣管道和兩個與氣室相切的輔進氣管道布局形式，主進氣管道與氣室垂直，氣體垂直進入；輔助進氣管道和氣室相切，氣體側(cè)向進入，從而使氣室中的氣壓均勻穩(wěn)定，不產(chǎn)生旋流、渦流。噴嘴出口為由內(nèi)、外兩個環(huán)塊構成的環(huán)縫型通道，環(huán)縫截面形狀為發(fā)散-收斂-發(fā)散型的laval結構，環(huán)縫中心軸線為錐形布局。

本發(fā)明導液管內(nèi)徑采用變截面結構，在入口處，采用拋物線結構，中間為錐形，出口為直通型。入口為拋物線結構，可避免因表面張力金屬熔液難以進入導液管；在熔液進入導液管后，通過錐形管道，可保證熔液能夠流過較長的細管；出口為直通型，是熔液流動得到控制并實現(xiàn)流量控制。

本發(fā)明的限制性環(huán)縫形增壓增速氣體霧化系統(tǒng)具有如下特點：

1、具有獨特的四通道進去系統(tǒng)，保證噴嘴氣室內(nèi)氣流分布均勻、氣壓穩(wěn)定、方向一致，從而使氣流穩(wěn)定從環(huán)縫噴出，有利于控制熔液霧化錐形狀和霧化效果。

2、出氣口為環(huán)縫形設置，保證霧化錐氣流分布均勻；出氣環(huán)縫設置成laval結構，可起到增壓增速的效果，顯著提高霧化氣體動能，提升霧化效果，提高霧化金屬冷卻速率。

3、中間導液管內(nèi)徑為三級結構形式，入口拋物線結構有利于減小金屬熔液表面張力影響，使金屬順利流入導液管；中間錐形結構，有利于金屬熔液通過較長、溫度較低的導液管，避免導液管堵塞；末端直通型結構，可控制熔液實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)流動，并實現(xiàn)熔液流速增速與控制。