CN104601036A - 哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置 - Google Patents

哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置 Download PDF

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Abstract

哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置，包括连接件、超声波电源系统、纵振换能器和变幅杆，连接件包括法兰盘、固定杆和保护筒，纵振换能器设在保护筒内，超声波电源系统通过电缆与纵振换能器连接，固定杆另一端与保护筒端面固定连接，变幅杆由同轴向设置的连接端、中间段和输出端构成，中间段的外径均小于连接端和输出端的外径，连接端中心通过双头螺栓与纵振换能器的动力输出端连接，连接端上设有圆盘型的变幅节点，变幅节点外圆表面与保护筒螺纹连接。本发明把变幅杆整体设计成哑铃状，输出端设计为喇叭状，变幅杆的中间段所开的螺旋槽使纵振转换为纵扭复合振动，旨在提升输出端的振动功率，加大空化区域，进而提升处理熔体金属的效率。

Description

哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置
技术领域
本发明属于超声处理熔体金属技术领域，具体涉及一种哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置。
背景技术
对金属熔体进行超声振动处理,可以将粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶，使凝固组织致密，其金属的强度，硬度和韧性等都有较大的提升。超声振动可以使金属熔体中气体形成气泡并长大上浮,促进夹杂物的团聚,进而上浮。然而，普通变幅杆只适用于处理小量液体，普通变幅杆虽然能产生高振幅和大功率密度的超声，但是因为它输出端面积小，不能输出大功率超声到液体中，所以其空化区较小，不适合工业应用。
根据现有的相关文献，纵扭复合振动对晶粒细化较纵振有更好的细化效果。利用换能器来实现纵一扭复合振动或受限于换能器功率容量，而通过现有转换器或变幅杆来实现纵扭复合振动则在加工方面存在困难，在设计理论上也不完善。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种提升输出端的振动功率、加大空化区域、提升处理熔体金属效率的哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置，包括连接件、超声波电源系统、纵振换能器和变幅杆，所述连接件包括法兰盘、固定杆和保护筒，纵振换能器设在保护筒内，保护筒的筒壁上设有穿孔，超声波电源系统通过穿入穿孔的电缆与纵振换能器连接，固定杆一端与法兰盘同轴固定连接，固定杆另一端与保护筒端面固定连接，保护筒另一端面敞口且保护筒在敞口端内壁设有内螺纹，变幅杆由同轴向设置的连接端、中间段和输出端构成，中间段的外径均小于连接端和输出端的外径，连接端、中间段和输出端形成哑铃式结构的变幅杆，连接端中心通过双头螺栓与纵振换能器的动力输出端连接，连接端上设有圆盘型的变幅节点，变幅节点外圆表面设有与保护筒的内螺纹配合的外螺纹。
所述中间段的外径为28mm，中间段沿圆周方向周围均匀开有四个可使纵振转换为纵扭复合振动的螺旋槽，每个螺旋槽均沿轴向呈螺旋布置，螺旋槽的槽宽和槽深分别为13mm和9mm。
所述输出端的外轮廓呈喇叭状，输出端的工作端面设有增大了工作面积的锥形孔，喇叭状的输出端的外径为65mm。
采用上述技术方案，本发明的基本原理为：
1、在变幅杆轴向某一位置圆周方向均匀布置斜槽，当纵波传到斜槽位置时，由于斜槽的作用使纵波发生了转换。应力波在轴向和圆周方向产生振动分量，叠加的应力波传播至传变幅杆的输出端产生纵扭振动。
2、变幅杆的哑铃式输出端有较大面积，在处理金属熔体时能产生大的空化区。哑铃式变幅杆处理熔体金属的能力较普通变幅杆将提高非常大的倍数。
综上所述，本发明把变幅杆的输出端设计为喇叭状，变幅杆整体设计成哑铃状，变幅杆的中间段所开的螺旋槽使纵振转换为纵扭复合振动，旨在提升输出端的振动功率，加大空化区域，进而提升处理熔体金属的效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明去除超声波电源系统的分解图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置，包括连接件、超声波电源系统1、纵振换能器2和变幅杆，连接件包括法兰盘3、固定杆4和保护筒5，纵振换能器2设在保护筒5内，保护筒5的筒壁上设有穿孔6，超声波电源系统1通过穿入穿孔6的电缆7与纵振换能器2连接，固定杆4一端与法兰盘3同轴固定连接，固定杆4另一端与保护筒5端面固定连接，保护筒5另一端面敞口且保护筒5在敞口端内壁设有内螺纹，变幅杆由同轴向设置的连接端8、中间段9和输出端10构成，中间段9的外径均小于连接端8和输出端10的外径，连接端8、中间段9和输出端10形成哑铃式结构的变幅杆，连接端8中心通过双头螺栓11与纵振换能器2的动力输出端10连接，连接端8上设有圆盘型的变幅节点12，变幅节点12外圆表面设有与保护筒5的内螺纹配合的外螺纹。
中间段9的外径为28mm，中间段9沿圆周方向周围均匀开有四个可使纵振转换为纵扭复合振动的螺旋槽13，每个螺旋槽13均沿轴向呈螺旋布置，螺旋槽13的槽宽和槽深分别为13mm和9mm。
输出端10的外轮廓呈喇叭状，输出端10的工作端面设有增大了工作面积的锥形孔14，喇叭状的输出端10的外径为65mm。
本发明中对现有结构的变幅杆进行了改进，变幅杆是配合换能器改变超声波振动幅度的功能组件。本发明中，将变幅杆整体设计为哑铃状，即将变幅杆设计成中间细而两端粗的结构，且输出端10成喇叭状。哑铃式变幅杆的输出端10在进行超声波振动处理金属熔体的过程中，扩大了处理熔体的空化区域；经试验证明，采用本发明结构的变幅杆能够显著提高金属熔体冷却后的金相组织的一致性，晶粒细化效果良好，熔体中气泡和杂物团上浮效果更加明显；非常适用于工业生产。从而解决了普通变幅杆的不能应用于工业生产的局限性。
本发明在哑铃式变幅杆的变幅节点12与输出端10之间的中间段9的圆周表面均匀开有四条螺旋槽13。为保证螺旋槽13使纵振转换为纵扭复合振动的效果，根据相关文献，经过试验验证，本发明所开的螺旋槽13数为四个，螺旋槽13槽宽为13mm，槽深为9mm。开有螺旋槽13处的中间段9的直径为28mm。哑铃式变幅杆的输出端10为喇叭状，喇叭状输出端10直径为65mm，经试验验证，此尺寸的输出端10能产生良好的振动效果和空化效果。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置，包括连接件、超声波电源系统、纵振换能器和变幅杆，其特征在于：所述连接件包括法兰盘、固定杆和保护筒，纵振换能器设在保护筒内，保护筒的筒壁上设有穿孔，超声波电源系统通过穿入穿孔的电缆与纵振换能器连接，固定杆一端与法兰盘同轴固定连接，固定杆另一端与保护筒端面固定连接，保护筒另一端面敞口且保护筒在敞口端内壁设有内螺纹，变幅杆由同轴向设置的连接端、中间段和输出端构成，中间段的外径均小于连接端和输出端的外径，连接端、中间段和输出端形成哑铃式结构的变幅杆，连接端中心通过双头螺栓与纵振换能器的动力输出端连接，连接端上设有圆盘型的变幅节点，变幅节点外圆表面设有与保护筒的内螺纹配合的外螺纹。
2.根据权利要求1所述的哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置，其特征在于：所述中间段的外径为28mm，中间段沿圆周方向周围均匀开有四个可使纵振转换为纵扭复合振动的螺旋槽，每个螺旋槽均沿轴向呈螺旋布置，螺旋槽的槽宽和槽深分别为13mm和9mm。
3.根据权利要求1或2所述的哑铃式大功率纵扭复合超声振动装置，其特征在于：所述输出端的外轮廓呈喇叭状，输出端的工作端面设有增大了工作面积的锥形孔，喇叭状的输出端的外径为65mm。
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