[发明专利]一种单晶化金属线液固辊轧柔性制备方法与装置

权利要求书

1.一种单晶化金属线液固辊轧柔性制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：依据成形单晶线材的材料和尺寸要求，选择金属线材和对应微型喷嘴的直径，将选择的金属线材料盘安装到料盘电机上面，并将金属线材的一端穿过线材输送导轮，经过金属线材输送管道，放入熔炼坩埚中；.

步骤2：打开惰性气体压力储蓄瓶和高分子循环泵，对手套箱进行低氧环境处理，使得手套箱内的压强与外界大气压保持基本一致，经过3～ 5h 的除氧处理后，确保手套箱内的氧含量低于1PPM；

步骤3：启动制冷器，通过冷气输送管道将产生的冷气输送到冷气储存腔中，依据热电偶的反馈温度设置冷气排气孔的开后大小，保证冷气强制对流冷却作用满足定向凝固的条件；

步骤4：启动计算机控制系统和多轴运动控制器，分别对左旋转电机、右旋转电机、平移轴伺服电机、旋转轴伺服电机、料盘电机和导轮电机进行伺服上电；

步骤5：打开触屏人机界面，对每个电机的转速、转向进行设置，多轴运动控制器依据设置的参数对各个电机进行精确控制；

步骤6：启动温度控制器，并根据步骤一中选取的材料，设定环形加热炉的加热温度，使得环形加热炉将进入到坩埚中的金属线材熔化成金属熔液，并通过热电偶将温度信号反馈到温度控制器中，实现温度的闭环控制；

步骤7：启动料盘电机和导轮电机的转动，将金属线材精确定量输送到熔炼坩埚内部，控制坩埚内金属熔液在喷射过程中的液面高度保持不变；

步骤8：启动脉冲信号发生器，将产生的高频脉冲信号输入到高频电磁阀中，高频电磁阀依据脉冲信号进行开启/关闭，使脉冲气压腔内部产生高频脉冲气压，冲击底部的金属熔液，迫使金属熔液微型喷嘴中喷射出来，形成连续均匀的金属熔滴；

步骤9：启动旋转电机，保证均匀连续的金属熔滴沉积到轧制模具内部，控制旋转水冷轧辊的相对转动，完成辊轧成形出单晶线材；

步骤10：启动旋转轴伺服电机和平移轴伺服电机，旋转轴伺服电机带动绕线轮旋转，平移轴伺服电机带动直线滑台在水平方向上往复运动，进而将成形出的单晶线材缠绕在绕线轮上面；

步骤11：当成形出单晶线材缠满绕线轮时，取下绕线轮，安装另外一个绕线轮，继续完成单晶线材的制备。

2.一种单晶化金属线液固辊轧柔性制备装置，其特征在于，包括：压力储气瓶、制冷器、伺服电机、气体分流阀、手套箱、线材料盘、线材输送导论、脉冲信号发生器、温度控制器、热电偶、多轴运动控制器、高分子循环泵、计算机控制系统、环形加热炉、熔炼坩埚、旋转水冷轧辊、微型喷嘴、绕线轮、直线滑台和轧制模具；

所述压力储存瓶内部存储氩气，气体分流阀一端与压力储气瓶相连，另一端与气体输送管道相连，气体输送管道与手套箱相连，另一气体输送管道与高频电磁阀相连；

所述高分子循环泵位于手套箱的底部，启动循环泵，并将高纯氩气通过气体输送管道流入手套箱内，确保手套箱内低氧环境,手套箱操作窗口位于手套箱前端；

所述线材料盘安装在手套箱的上面，料盘电机与线材料盘相连，控制料盘电机的转动可以实现金属线材的精确输送；

所述线材输送导轮安装在手套箱的内部，导轮电机安装在线材输送导轮的两端，当金属线材输送到线材输送导轮两轮中间时，控制导轮电机的转动，保证金属线材精确定量输送到熔炼坩埚内部；

所述熔炼坩埚位于环形加热炉的内侧，金属线材输送管道位于坩埚上端，可将金属线材输送到坩埚内熔化，通过控制料盘电机和导轮电机的转速，控制坩埚内金属熔液的液面高度保持不变；

所述微型喷嘴位于熔炼坩埚的底部，过滤片放置于坩埚内部，对金属熔液进行过滤，脉冲气压腔位于熔炼坩埚的内部中心位置，其上端与高频电磁阀相连，脉冲信号发生器与电磁阀相连，通过输出的脉冲信号控制电磁阀的开启/关闭，使脉冲气压腔内部产生高频脉冲气压，冲击底部的金属熔液，迫使金属熔液微型喷嘴中喷射出来形成连续均匀的金属熔滴；

所述左旋转水冷轧辊和右旋转水冷轧辊通过安装板固定在手套箱内部，其两者位置可以调整；所述左旋转电机与左旋转水冷轧辊相连，右旋转电机与右旋转水冷轧辊相连，控制旋转电机的转动可实现旋转水冷轧辊的相对转动；

所述轧制模具分布在旋转水冷轧辊的表面，有左右两个半圆凹模配合而成，可以依据成形单晶金属丝的尺寸要求加工成不同的尺寸，当均匀连续的金属熔滴沉积到轧制模具内部时，控制旋转水冷轧辊的相对转动，就可以完成辊轧，成形出单晶线材；

所述绕线轮安装在绕线轮支架上面，绕线轮可以随意的安装和取下，旋转轴伺服电机与绕线轮相连，控制伺服电机的转动可以实现绕线轮的旋转缠丝；

所述冷气储存腔位于绕线轮支架的下面，且通过连接板安装在直线滑台上面，制冷器通过冷气输送管道与冷气储存腔相通，冷气储存腔上面分布多个冷气排气孔，其气孔的大小可以调节进而控制冷气的流量；

所述平移轴伺服电机与直线滑台相连，控制平移轴伺服电机的转动可以实现直线滑台在水平方向上的往复运动，进而控制绕线轮在缠丝过程中的往返直线运动，实现缠丝复合运动控制要求；

所述热电偶位于熔炼坩埚内部，热电偶放置在绕线轮下方，热电偶将采集到的温度信号传送到温度加热控制器，实现对环形加热炉和冷气排气孔的反馈控制，进而精确控制熔炼坩埚内部的温度和强制对流冷却温度；

所述多轴运动控制器通过控制总线分别左旋转电机、右旋转电机、平移轴伺服电机、旋转轴伺服电机、料盘电机和导轮电机相连，在触屏人机界面上可对每个电机的转速、转向进行设置，多轴运动控制器依据设置的参数对各个电机进行精确控制；

所述计算机控制系统通过CAN总线与多轴运动控制器、脉冲信号发生器、温度加热控制器相连，实现对各个模块的总体控制。