[发明专利]可控制温度用于冷喷涂增材制造的喷嘴

说明书

本发明涉及一种可控制温度用于冷喷涂增材制造的喷嘴，特点是包括喷嘴体和温度控制系统；所述喷嘴体由热扩散系数高的材料制成，在喷嘴体内设有随形水路、水路进水口、水路出水口及喷嘴内腔；温度控制系统包括PLC控制器、冷却器、单向阀、液压泵、管道及温度传感器；所述单向阀、冷却器及液压泵依次通过管道串联联通，所述单向阀的进水口与水路出水口连通，所述液压泵的出水口与水路进水口连通，从而形成串联回路；所述温度传感器安装在喷嘴体上并距离喷嘴内腔表面1‑1.5mm处；所述PLC控制器接收温度传感器感应的喷嘴内腔表面温度信号，喷嘴内腔表面温度信号通过PLC控制器处理后用于控制冷却器及液压泵。其喷涂效率高、不易堵塞、耐磨，适合长时间喷涂成型。

技术领域

本发明涉及一种可控制温度用于冷喷涂增材制造的喷嘴。

背景技术

冷喷涂技术是20世纪80年代由原苏联科学院西伯利亚分院理论和应用力学研究所的科学家发明的，经过多年来的发展，已广泛应用于化工、汽车、航空航天、造船、电子、机械、造纸等多个领域。冷喷涂技术由于具有涂层成分及组织与原颗粒材料一致，沉积层致密、孔隙率低，沉积速度快等优点，得到增材制造研究人员的高度关注，逐渐开发出各种冷喷涂增材制造方法。

冷喷涂增材制造技术中，喷嘴是其中一个关键零件，采用拉瓦尔喷管以获得冷喷涂所需超音速气流。目前，喷嘴材料一般为金属，主要有不锈钢、铜、工具钢等。采用金属材料做的喷头制造精度高，可做出截面较复杂的形状，制造成本低，同时金属具有较高的热扩散系数，有利于通过温度高的内壁面向金属粒子传递更多的能量，从而提高金属颗粒沉积效率；缺点是其耐磨性能较差，同时冷喷涂中工作气体一般会被加热到较高温度，这使得在喷涂一些低熔点金属材料时，容易在喷嘴内发生粘结，无法满足连续打印或大型零件的喷涂成型要求。此外，由于喷嘴内腔形状复杂，尺寸也较小，对其进行渗碳、渗氮、PVD等强化处理很困难，而进行镀镍等常规电镀强化处理效果也不好，因此现有喷嘴内腔基本没有做表面强化处理。

为了解决这一问题，张俊宝等发明了复合陶瓷材料制作的喷嘴，提高了喷嘴的耐磨性和使用寿命；深沼博隆发明一种用玻璃材料做的喷嘴，提高了喷嘴抗阻塞的能力。然而陶瓷或玻璃做的喷嘴尽管耐磨性能好，但这类喷嘴存在明显的缺点：脆性大、易碎，内孔尺寸精度低，无法做出较复杂的截面形状。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可控制温度用于冷喷涂增材制造的喷嘴，其喷涂效率高、不易堵塞、耐磨，适合长时间喷涂成型。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种可控制温度用于冷喷涂增材制造的喷嘴，其特征在于包括喷嘴体和温度控制系统；

所述喷嘴体由热扩散系数高的材料制成，在喷嘴体内设有随形水路、水路进水口、水路出水口及喷嘴内腔；所述喷嘴内腔为拉瓦尔管，其截面是圆形、椭圆形或矩形，喷嘴内腔表面有硬化层，所述水路进水口位于喷嘴内腔的扩大端未端，所述水路出水口位于喷嘴内腔的喉结附近；所述随形水路环绕在喷嘴内腔的周围，随形水路的截面为椭圆形或圆形，所述水路进水口与随形水路的进水口连通，所述水路出水口与随形水路的出水口连通；

温度控制系统包括PLC控制器、冷却器、单向阀、液压泵、管道及温度传感器；所述单向阀、冷却器及液压泵依次通过管道串联联通，所述单向阀的进水口与水路出水口连通，所述液压泵的出水口与水路进水口连通，从而形成串联回路，冷却介质在串联回路中流动；所述温度传感器安装在喷嘴体上并距离喷嘴内腔表面1-1.5mm处；所述PLC控制器接收温度传感器感应的喷嘴内腔表面温度信号，喷嘴内腔表面温度信号通过PLC控制器处理后用于控制冷却器及液压泵。

在本技术方案中，所述热扩散系数高的材料是不锈钢或铜合金。

在本技术方案中，所述冷却器是水循环式冷却器；所述液压泵是微型变频自吸泵；所述管道是塑料软管，内径为Φ4mm-Φ6mm。