倾斜式双喷嘴扫描喷射成形工艺参数制订方法技术

本发明专利技术公开了一种倾斜式双喷嘴扫描喷射成形工艺参数制订方法，包括以下步骤：1)确定基本工艺参数，包括基本内工艺参数和基本外工艺参数；2)确定收集盘的下降速度；3)确定内、外喷嘴扫描频率f内、f外、收集盘旋转速度n；4)确定内、外喷嘴扫描区域；5)确定内、外喷嘴倾斜角度及扫描范围角；6)确定内外喷嘴导液管直径；7)确定内、外喷嘴雾化气体压力p内、p外。本发明专利技术主要解决具有关联关系的多工艺参数的制订步骤及其工程化计算方法，为大规格坯件喷射成形半固态沉积提供工艺保证。

【技术实现步骤摘要】
倾斜式双喷嘴扫描喷射成形工艺参数制订方法
本专利技术涉及喷射成形工艺参数制订方法，特别涉及倾斜式双喷嘴扫描喷射成形工艺下具有复杂关联关系的多工艺参数的制订方法。
技术介绍
喷射成形是新一代合金快速凝固技术。凝固技术发展的主要方向是提高凝固速率，其主要实现方式是通过细化熔体凝固单元来提高散热速率。凝固技术经历了模铸阶段，发展到半连续铸造技术，其凝固单元从厘米级到毫米级，而作为新一代凝固技术，喷射成形技术的凝固单元达到微米级。喷射成形基本过程是将液态金属在受控气氛(常见为惰性)中雾化，形成液滴喷射流，经过飞行冷却，在半固态时沉积到收集器上，熔合形成致密坯。它把液态金属的雾化(快速凝固)和雾化熔滴的沉积(熔滴动态致密固化)结合起来，在一步冶金操作中，直接从液态金属制备坯件。喷射沉积实际上可看作半固态沉积层的叠加而形成。喷射成形工艺的独特性就在于其快速凝固过程，包括雾化和沉积两个核心阶段，只有当雾化喷射锥和沉积坯表面均为半固态沉积状态时，才能获得具有理想的微观组织的材料，因此，半固态凝固过程需要始终维持在很窄的工艺窗口内进行。这对喷射沉积工艺参数及其稳定性提出了较高要求。喷射成形工艺发展方向之一是坯件的大规格化，倾斜式双(多)喷嘴扫描喷射成形工艺是实现坯件大规格化的主要方法之一，该工艺涉及到的工艺参数众多，工艺参数之间具有较高的关联度，对雾化过程、物质沉积分布状态及半固态凝固及沉积状态有很大影响。在现有的喷射成形工艺参数优化及制订方法中，一般通过建立喷射沉积过程的理论工艺模型来优化计算局部的工艺参数，工艺模型及计算方法较为复杂，难以适用于工程化实施中对工艺参数制订的快速、简便、全面性要求。对倾斜式双(多)喷嘴扫描喷射成形工艺下完整的工艺参数制订过程及方法目前未有报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种倾斜式双喷嘴扫描喷射成形工艺参数制订方法，主要解决具有关联关系的多工艺参数的制订步骤及其工程化计算方法，为大规格坯件喷射成形半固态沉积提供工艺保证。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：倾斜式双喷嘴扫描喷射成形工艺是指：锭坯及其收集盘所在轴线为竖直方向，喷嘴与轴线呈一角度倾斜安装，喷嘴包括2个(内喷嘴、外喷嘴)，喷嘴绕着其轴线作往复扫描运动，扫描运动由电机驱动的机械机构实现。工艺参数涉及喷射成形内工艺参数和外工艺参数。内工艺参数是指喷射成形过程形成的实现金属熔体快速凝固及半固态沉积的过程参数，该参数直接决定喷射成形坯件的组织形态和质量，如熔体雾化液滴粒度及凝固速度、喷射锥在沉积面处的半固态状态、沉积表面的半固态状态、沉积表面金属物质分布状态、物质沉积速度。外工艺参数是指为获得理想的内工艺参数而通过工艺设备调整设置所对应的工艺参数。本专利技术所述的工艺参数制订是特指外工艺参数。外工艺参数包括：熔体雾化工艺参数、喷嘴倾斜及扫描工艺参数、收集盘运动工艺参数。熔体雾化工艺参数包括：熔体温度、雾化气体压力、喷嘴出口面积、喷嘴锥角、导液管直径。喷嘴倾斜及扫描工艺参数包括：内、外喷嘴的喷嘴偏心距e内、e外，喷嘴倾斜角α内、α外，喷嘴扫描范围角β内、β外，喷嘴扫描频率f内、f外。收集盘运动工艺参数包括：雾化锥喷射高度h、收集盘下降速度v收集盘、收集盘旋转速度n。倾斜式双喷嘴扫描喷射成形工艺参数制订方法包括以下步骤：步骤一：确定基本工艺参数，包括基本内工艺参数和基本外工艺参数，这些参数是制定和计算其他工艺参数的前提条件。(1)所述的基本外工艺参数是指受设备结构限制不易调整、或由金属熔体本身特性决定的参数，包括：由某一金属合金所确定的熔体温度，由喷嘴结构确定的雾化器出口面积、喷嘴锥角，由喷嘴安装位置确定的内、外喷嘴偏心距。(2)所述的基本内工艺参数包括物质沉积速度V、雾化锥喷射高度h、G/M比率、收得率ρ。①雾化锥喷射高度h是指熔体雾化后形成的雾化锥飞行距离，在此过程中进行热交换而快速凝固，该参数决定了物质的半固态状态，是首先需要确定的，其依据是仿真计算和实验得出的数据。②物质沉积速度V是指雾化锥在坯件沉积表面上单位时间内沉积增长厚度，该参数决定了表面半固态沉积状态，是通过实验得出的数据。③G/M比率是指雾化器流量与金属熔体流率的比值，决定了熔体的雾化质量，是仿真计算和实验得出的数据。步骤二：确定收集盘的下降速度收集盘下降速度v收集盘根据物质沉积速度V确定，v收集盘＝V；步骤三：确定内、外喷嘴扫描频率f内、f外、收集盘旋转速度n(1)确定内、外喷嘴扫描频率f内、f外内、外喷嘴扫描频率受到扫描机械机构强度和疲劳寿命的限制，f内、f外的取值范围为5Hz-15Hz。(2)确定收集盘旋转速度n在喷嘴扫描运动和收集盘旋转运动的共同作用下，雾化锥物质在沉积表面上的物质按某一轨迹呈周期分布，为了提高物质在沉积表面的分布的均匀性，内、外喷嘴扫描频率f内、f外与收集盘旋转速度n的关系应满足的关系为：k内＝60·f内/n和k外＝60·f外/n；k内、k外是无理数；步骤四：确定内、外喷嘴扫描区域根据需要喷射成形的锭坯目标直径d锭坯，确定内外喷嘴的扫描区域；内、外喷嘴的扫描区域均为环形，用r内1、r内2表示内喷嘴的扫描区域内外径，用r外1、r外2外喷嘴的扫描区域内外径；(1)r内1为锭坯中心位置，r内1＝0；(2)r外2为锭坯目标直径d锭坯，r外2＝d锭坯；(3)内、外喷嘴扫描区域具有c宽度的交叉范围，表示为r外1＝r内2-c；(4)内、外喷嘴扫描区域面积S内、S外根据(式1、式2)计算：综合考虑内、外喷嘴导液管直径的差异以及内、外喷嘴扫描范围角的机构调整可实现性，喷嘴扫描区域面积S内、S外比值设为1.5～2之间，根据该比值可计算r外1、r内2；步骤五：确定内、外喷嘴倾斜角度及扫描范围角根据喷射成形工艺各个工艺几何参数间的关系，可得到式3、式4，式中，h为雾化锥喷射高度，e内为内喷嘴偏心距，e外外喷嘴偏心距；由(式3、式4)可计算得到内、外喷嘴的扫描参数：内、外喷嘴倾斜角α内、α外和内、外喷嘴扫描范围角β内、β外；步骤六：确定内外喷嘴导液管直径(1)内喷嘴导液管熔体流率m内确定内喷嘴导液管熔体流率m内根据沉积速度V、内喷嘴扫描区域面积S内、熔体密度ρ熔体、收得率ρ计算得到，其计算公式为：m内＝V·S内·ρ熔体/ρ；(2)内喷嘴导液管直径确定根据漏包液位高度H、内喷嘴导液管熔体流率m内、熔体密度ρ熔体、熔体流量系数μ熔体，采用式5计算内喷嘴导液管直径d内，(3)外喷嘴导液管熔体流率m外确定外喷嘴导液管熔体流率m外根据沉积速度V、外喷嘴扫描区域面积S外、收得率ρ计算得到，其计算公式为：m外＝V·S外·ρ熔体/ρ；(4)外喷嘴导液管直径确定计算方法同步骤(2)中内喷嘴导液管直径确定；步骤七：确定内、外喷嘴雾化气体压力p内、p外根据内喷嘴导液管熔体流率m内、G/M比率、内喷嘴出口面积A内、雾化气体密度ρ气，利用式6计算内喷嘴雾化气体压力p内，根据外喷嘴导液管熔体流率m外、G/M比率、外喷嘴出口面积A外、雾化气体密度ρ气，利用式7计算外喷嘴雾化气体压力p外；本专利技术的有益效果：(1)提供了一种倾斜双喷嘴喷射成形工艺参数制订过程和计算方法，有效地解决了诸多工艺参数之间的耦合和相互影响。(2)提供了一种工艺参数工程化计算方法，计算过程和计算方法简便、本文档来自技高网...

【技术保护点】
倾斜式双喷嘴扫描喷射成形工艺参数制订方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一：确定基本工艺参数，包括基本内工艺参数和基本外工艺参数；步骤二：确定收集盘的下降速度收集盘下降速度v收集盘根据物质沉积速度V确定，v收集盘＝V；步骤三：确定内、外喷嘴扫描频率f内、f外、收集盘旋转速度n(1)确定内、外喷嘴扫描频率f内、f外内、外喷嘴扫描频率受到扫描机械机构强度和疲劳寿命的限制，f内、f外的取值范围为5Hz‑15Hz；(2)确定收集盘旋转速度n内、外喷嘴扫描频率f内、f外与收集盘旋转速度n的关系应满足的关系为：k内＝60·f内/n和k外＝60·f外/n是无理数；步骤四：确定内、外喷嘴扫描区域根据需要喷射成形的锭坯目标直径d锭坯，确定内外喷嘴的扫描区域；内、外喷嘴的扫描区域均为环形，用r内1、r内2表示内喷嘴的扫描区域内外径，用r外1、r外2外喷嘴的扫描区域内外径；(1)r内1为锭坯中心位置，r内1＝0；(2)r外2为锭坯目标直径d锭坯，r外2＝d锭坯；(3)内、外喷嘴扫描区域具有c宽度的交叉范围，表示为r外1＝r内2‑c；(4)内、外喷嘴扫描区域面积S内、S外根据(式1、式2)计算：(式1)(式2)综合考虑内、外喷嘴导液管直径的差异以及内、外喷嘴扫描范围角的机构调整可实现性，喷嘴扫描区域面积S内、S外比值设为1.5～2之间，根据该比值可计算r外1、r内2；步骤五：确定内、外喷嘴倾斜角度及扫描范围角根据喷射成形工艺各个工艺几何参数间的关系，可得到式3和式4，(式3)(式4)式中，h为雾化锥喷射高度，e内为内喷嘴偏心距，e外外喷嘴偏心距；由(式3、式4)可计算得到内、外喷嘴的扫描参数：内、外喷嘴倾斜角α内、α外和内、外喷嘴扫描范围角β内、β外；步骤六：确定内外喷嘴导液管直径(1)内喷嘴导液管熔体流率m内确定内喷嘴导液管熔体流率m内根据沉积速度V、内喷嘴扫描区域面积S内、熔体密度ρ熔体、收得率ρ计算得到，其计算公式为：m内＝V·S内·ρ熔体/ρ；(2)内喷嘴导液管直径确定根据漏包液位高度H、内喷嘴导液管熔体流率m内、熔体密度ρ熔体、熔体流量系数μ熔体，采用式5计算内喷嘴导液管直径d内，(式5)；(3)外喷嘴导液管熔体流率m外确定外喷嘴导液管熔体流率m外根据沉积速度V、外喷嘴扫描区域面积S外、收得率ρ计算得到，其计算公式为：m外＝V·S外/ρ；(4)外喷嘴导液管直径确定计算方法同步骤(2)中内喷嘴导液管直径确定；步骤七：确定内、外喷嘴雾化气体压力p内、p外根据内喷嘴导液管熔体流率m内、G/M比率、内喷嘴出口面积A内、雾化气体密度ρ气，利用式6计算内喷嘴雾化气体压力p内，(式6)；根据外喷嘴导液管熔体流率m外、G/M比率、外喷嘴出口面积A外、雾化气体密度ρ气，利用式7计算外喷嘴雾化气体压力p外；(式7)。...

【技术特征摘要】
1.倾斜式双喷嘴扫描喷射成形工艺参数制订方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一：确定基本工艺参数，包括基本内工艺参数和基本外工艺参数；步骤二：确定收集盘的下降速度收集盘下降速度v收集盘根据物质沉积速度V确定，v收集盘＝V；步骤三：确定内、外喷嘴扫描频率f内、f外、收集盘旋转速度n(1)确定内、外喷嘴扫描频率f内、f外内、外喷嘴扫描频率受到扫描机械机构强度和疲劳寿命的限制，f内、f外的取值范围为5Hz-15Hz；(2)确定收集盘旋转速度n内、外喷嘴扫描频率f内、f外与收集盘旋转速度n的关系应满足的关系为：k内＝60·f内/n和k外＝60·f外/n；k内、k外是无理数；步骤四：确定内、外喷嘴扫描区域根据需要喷射成形的锭坯目标直径d锭坯，确定内外喷嘴的扫描区域；内、外喷嘴的扫描区域均为环形，用r内1、r内2表示内喷嘴的扫描区域内外径，用r外1、r外2外喷嘴的扫描区域内外径；(1)r内1为锭坯中心位置，r内1＝0；(2)r外2为锭坯目标直径d锭坯，r外2＝d锭坯；(3)内、外喷嘴扫描区域具有c宽度的交叉范围，表示为r外1＝r内2-c；(4)内、外喷嘴扫描区域面积S内、S外根据(式1、式2)计算：综合考虑内、外喷嘴导液管直径的差异以及内、外喷嘴扫描范围角的机构调整可实现性，喷嘴扫描区域面积S内、S外比值设为1.5～2之间，根据该比值可计算r外1、r内2；步骤五：确定内、外喷嘴倾斜角度及扫描范围角根据喷射成形工艺各个工艺几何参数间的关系，可得到式3、式4，式中，h为雾化锥喷射高度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张豪，张捷，马万太，
申请(专利权)人：江苏豪然喷射成形合金有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32