Форсунка устройства для изготовления микро/макросфер из расплавов металлов

Полезная модель относится к области машиностроения, точнее к устройствам для изготовления деталей в виде микро/макросфер, в частности к их форсункам, предназначена, преимущественно, для использования в заготовительном производстве при изготовлении пустотелых или наполненных металлических сфер, применяемых, например, в качестве составляющего ячеистой структуры или наполнителя композитного материала, с металлической или полимерной матрицей, и может найти применение в различных отраслях промышленности, в т.ч. в автомобилестроении. Сущность полезной модели состоит в том, что форсунка содержит центробежный элемент с подключенной к его входу тангенциальной трубкой подачи исходного расплава и рабочую камеру, сообщающуюся с выходным отверстием сопла, установленного с возможностью регулировочных перемещений вдоль центральной оси, что позволяет варьировать объем рабочей камеры. Корпус форсунки составлен из двух, запрессованных в общий бандаж, полукорпусов, имеюших внутренние проточки, часть которых образуют в собранном виде по центральной оси центрирующий ложемент для размещения в нем центробежного элемента. Рабочая камера форсунки образована поверхностями внутренних полостей сопла и корпуса и торцевой плоскостью центробежного элемента, выходным отверстием обращенного в камеру. В результате форсунка обладает расширенным, по сравнению с известными аналогами, диапазоном технологических функций: все этапы формирования из расплава сфер методом прямой экстракции осуществляются внутри форсунки, что, повысив эффективность форсунки, решает задачу по увеличению производительности базового устройства и минимизации его конструктивного решения.

Полезная модель относится к области машиностроения, точнее к устройствам для изготовления деталей типа микро/макросфер, в частности к их форсункам; предназначена, преимущественно, для использования в заготовительном производстве при изготовлении пустотелых или наполненных металлических сфер, применяемых, например, в качестве составляющего ячеистой структуры или наполнителя композитного материала, с металлической или полимерной матрицей, и может найти применение в различных отраслях промышленности, в т.ч. в автомобилестроении.

Известно устройство для изготовления деталей типа микро/макросфер методом прямой экстракции, содержащее последовательно установленные вдоль оси устройства форсунку с соплом и размещенную в отдельном корпусе рабочую камеру (US 4279632, 1981 г.). В нем форсунка совмещена с узлом подачи исходного материала в общем корпусе, выполненным в виде цилиндра, наполненного расплавом, нагнетаемого в форсунку поршневым механизмом. Сопло форсунки выполнено с ней заодно целое. Для подачи в рабочую камеру защитного газа в устройстве предусмотрены соответствующие каналы. Выполнение сопла заодно целое с форсункой при выходе его из строя приводит к необходимости замены всего комплекта «узел подачи расплава - форсунка», что требует монтажа/демонтажа коммуникационных связей с функциональными узлами устройства.

Известно аналогично выполненное устройство для изготовления металлических деталей в виде микро/макросфер методом прямой экстракции (US 4344787, 1982 г.), в котором, в отличие от первого аналога, форсунка имеет сменное съемное сопло, что упрощает процесс его замены.

Применяемый тип форсунки в приведенных выше аналогах обуславливает громоздкое компоновочное решение устройства, что является их общим недостатком.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели определена форсунка устройства для изготовления микро/макросфер из расплавов металлов, содержащая корпус, сопло и каналы подачи расплава и защитного газа (US 4415512, 1983 г., фиг. 3a). Корпус форсунки в прототипе выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого по центральной оси размещена трубка для подачи защитного газа, а канал подачи расплава представляет собой пространство между этой трубкой и поверхностью внутренней полости цилиндра. Под действием защитного газа на выходе из сопла форсунки, выполненного заодно целое с ее корпусом, образуется первичная оболочка вытянутой формы, которая под действием струи газа из отдельно отстоящей дополнительной трубки сдувается с сопла и дальнейшее формирование сфер осуществляется в отдельной рабочей камере.

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточную эффективность форсунки, вследствие чего для увеличения производительности устройства требуется использование большого числа форсунок, что ведет к усложнению конструктивной и функциональной схемы устройства.

Задача, решаемая полезной моделью, направлена на создание форсунки устройства для изготовления микро/макросфер из расплавов металлов и сплавов, обеспечивающей более эффективный процесс прямой экстракции образования микро/макросфер, позволяющий повысить производительность процесса и минимизировать конструктивную схему базового устройства.

Технический результат, получаемый при реализации полезной модели, заключается в расширении диапазона технологических функций, выполняемых форсункой.

Сущность полезной модели заключается в том, что форсунка устройства для изготовления микро/макросфер из расплавов металлов, содержащая корпус, сопло и каналы подачи расплава и защитного газа, в отличие от известных аналогов, снабжена соосно расположенными в корпусе рабочей камерой и центробежным элементом в виде цилиндра с замкнутой внутренней полостью, имеющего на противолежащих торцах входное и выходное отверстия, и при этом канал подачи расплава выполнен в виде тангенциально расположенной трубки, подключенной к входному отверстию центробежного элемента, корпус выполнен в виде двух, объединенных общим бандажом, полукорпусов, внутренние выемки которых образуют по оси корпуса центрирующий ложемент и центробежный элемент размещен в этом ложементе выходным отверстием в рабочую камеру; выполненное сменным сопло установлено с возможностью регулировочных перемещений вдоль оси устройства на кольцевой площадке, образованной проточками в полукорпусах, рабочая камера образована внутренней сужающейся полостью сопла, поверхностями выполненных в полукорпусах соответствующих внутренних выемок и торцевой поверхностью центробежного элемента, а каналы подачи защитного газа выполнены в теле полукорпусов и их взаиморасположение на входе в рабочую камеру обеспечивает получение в ней двухконтурного газового конуса, с различным рабочим давлением: большим по наружному контуру и меньшим по внутреннему контуру.

Дополнительные отличия предлагаемой модели заключаются в том, что в частных случаях выполнения форсунки в ней:

- каналы подачи защитного газа выполнены спиральными или прямыми;

- каналы подачи защитного газа на входе в рабочую камеру имеют наклон к оси камеры для образования газового конуса с заданным углом при вершине;

- имеется трубка для подачи наполнителя, расположенная по оси рабочей камеры с выходом в рабочую камеру, совпадающим с выходом центрирующего элемента и эта трубка может быть выполнена разъемной для удобства монтажа устройства;

- корпус имеет прямоугольную или цилиндрическую форму.

Благодаря размещению внутри корпуса форсунки рабочей камеры, формирующей сферы, и центробежного приемного элемента, на вход которого подается исходный расплав по тангенциально подключенному к нему каналу, а на выходе в рабочую камеру образуется конусообразная первичная оболочка, преобразуемая в последующем под воздействием защитного газа, подаваемого по двум контурам с разным рабочим давлением, обеспечивается значительное расширение диапазона функций и технологических возможностей форсунки. Формирование и охлаждение образованной сферы происходит внутри форсунки в результате диспергирования конуса жидкости непрерывно.

Возможностью регулировочных перемещений сопла, внутренние поверхности которого участвуют в формировании рабочей камеры, объем последней по технологическим соображениям может варьироваться, что обеспечивает в пределах одной форсунки изготовление изделий типа сферы или оболочки с внешним диаметром от 0,5 до 3 мм.

Совмещение в предлагаемой форсунке ряда технологических функций, во-первых, позволяет повысить производительность изготовления сфер, во-вторых, конструктивно упростить устройство по их изготовлению, сделать его более компактным за счет отказа от отдельной рабочей камеры и сокращения необходимых для функционирования устройства коммуникационных магистралей.

Дополнительные отличительные признаки предлагаемой форсунки направлены на усиление ее перечисленных преимуществ.

На представленных чертежах: на фиг. 1 дан общий вид форсунки для получения пустотелых микро/макросфер (трехмерное изображение); на фиг. 2 - то же для получения наполненных микро/макросфер; на фиг. 3 - разнесенный вид форсунки на фиг. 1; на фиг. 4 - вид A на фиг. 1.

Корпус 1 форсунки выполнен в виде двух полукорпусов 2 и 3, запрессованных в общий бандаж 4 и имеющих внутренние выемки, образующие по оси 5 форсунки полость 6 (фиг. 3) и центрирующий ложемент 7, в котором размещен центробежный элемент 8, выполненный в виде цилиндра с замкнутой внутренней полостью 9, имеющего на противолежащих торцах входное 10 и выходное 11 отверстия. К входу 10 элемента 8 присоединена тангенциально расположенная к оси 5 трубка 12, служащая каналом подачи расплава. При необходимости трубка 12 может быть выполнена составной, как показано на фиг. 3.

Выполненное сменным сопло 13 имеет сужающуюся к его выходу внутреннюю полость криволинейного в разрезе профиля (фиг. 1, 2) с цилиндрическим посадочным пояском 14, которым оно установлено с возможностью регулировочных перемещений вдоль оси 5 на кольцевой площадке 15, образованной соответствующими проточками на полу корпусах 2 и 3 (фиг. 3).

Рабочая камера 16 располагается соосно элементу 8 и образована поверхностью внутренней сужающейся полости сопла, поверхностью полости 6, составленной выполненными в полукорпусах кольцевыми проточками 17, и торцем элемента 8, на котором расположено выходное отверстие 11.

В полукорпусах 2 и 3 предусмотрены каналы 18 для подачи в рабочую камеру 16 защитного газа, имеющие на входе в камеру такое взаиморасположение относительно оси 5, которое обеспечивает подачу газа с получением двухконтурного газового конуса с различным рабочим давлением: большим по наружному контуру 19 и меньшим по внутреннему контуру 20 (фиг. 4). Каналы 18 могут быть выполнены спиральными или прямыми и с целью изменения угла при вершине газового конуса могут иметь наклон на входе в рабочую камеру 16 относительно оси 5 (оси камеры).

Для осуществления осевых перемещений сопла 13 с целью изменения объема рабочей камеры 16 в нем предусмотрены шестигранные пазы 21.

Для исключения утечек сжатого воздуха в соединении между соплом 13 и полукорпусами 2 и 3 могут быть предусмотрены уплотняющие средства, например уплотненное резьбовое соединение.

При необходимости изготовления наполненных сфер в форсунке по оси 5 устанавливается трубка, являющаяся каналом 22 подачи какого-либо материала наполнителя, имеющая выход в рабочую камеру 16, совпадающий с выходом 11 элемента 8. Для удобства монтажа трубка может быть выполнена разъемной. При использовании газа заполнения в качестве наполнителя канал 22 может быть выполнен в виде тонкой иглы.

Корпус 1 форсунки может иметь любую целесообразную форму, например прямоугольную или цилиндрическую.

Описание работы форсунки дано на конкретном примере ее исполнения в соответствии с фиг. 1 (для получения пустотелых сфер) с прямоугольным корпусом, выполненными прямыми каналами 18.

Исходный расплав металла подается из тигля (не показан) по трубке 12 в центробежный элемент 8 с обеспечением тангенциального вектора закручивания и на выходе из него в рабочую камеру 16 приобретает вид закрученной конусной пленки. Защитный газ (аргон, гелий или азот), поступающий по каналам 18, образующим внутренний контур 20 газового конуса, под давлением P₂ формирует определенную внешнюю форму конусной пленки. За счет более высокого давления газа P₁, подаваемого по каналам 18, образующим наружный контур 19, происходит разбиение (диспергирование) сформированного конуса на отдельные сферы. На выходе из сопла 13 сформированное изделие удаляется.

Реализация полезной модели не требует капитальных затрат. Предлагаемая форсунка может быть изготовлено в условиях действующего производства на универсальном оборудовании, легко компонуется с использованием типовых (стандартных) коммуникаций с функциональными узлами базового устройства по изготовлению металлических деталей типа сфер или оболочек, например системами подачи расплава и/или защитного газа. Обеспечиваемая ею компактность базового устройства позволяет организовать изготовление таких изделий на малых производственных площадях.

1. Форсунка для изготовления микро/макросфер из расплавов металлов, содержащая корпус, сопло и каналы подачи расплава и защитного газа, отличающаяся тем, что она снабжена соосно расположенными в корпусе рабочей камерой и центробежным элементом в виде цилиндра с замкнутой внутренней полостью, имеющего на противолежащих торцах входное и выходное отверстия, и при этом канал подачи расплава выполнен в виде тангенциально расположенной трубки, подключенной к входному отверстию центробежного элемента, корпус выполнен в виде двух объединенных общим бандажом полукорпусов, внутренние выемки которых образуют по оси корпуса центрирующий ложемент, в котором размещен центробежный элемент выходным отверстием в рабочую камеру, выполненное сменным сопло установлено с возможностью регулировочных перемещений вдоль оси устройства на кольцевой площадке, образованной проточками в полукорпусах, рабочая камера образована поверхностью внутренней сужающейся полости сопла, поверхностями выполненных в полукорпусах соответствующих внутренних выемок и торцевой поверхностью центробежного элемента, а каналы подачи защитного газа выполнены в теле полукорпусов, и их взаиморасположение на входе в рабочую камеру обеспечивает получение в ней двухконтурного газового конуса с различным рабочим давлением - большим по наружному контуру и меньшим по внутреннему контуру.

2. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что каналы подачи защитного газа выполнены спиральными или прямыми.

3. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что каналы подачи защитного газа на входе в рабочую камеру имеют наклон к оси камеры для образования газового конуса с заданным углом при вершине.

4. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит трубку для подачи наполнителя, расположенную по оси рабочей камеры с выходом в рабочую камеру, совпадающим с выходом центрирующего элемента.

5. Форсунка по п.4, отличающаяся тем, что трубка для подачи наполнителя выполнена разъемной для удобства монтажа устройства.

6. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что корпус имеет прямоугольную форму.

7. Форсунка по п.1, отличающаяся тем, что корпус имеет цилиндрическую форму.