CN107130117B - 超声搅拌熔炼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声搅拌熔炼装置,包括:支架;超声波换能器,其上端与所述支架固定连接,其下端即输出端与中间件固定连接,且所述中间件与所述支架弹性连接;超声波振幅杆,且其上端与所述中间件固定连接;振动马达,所述振动马达能够带动所述中间件晃动。该超声搅拌熔炼装置的结构设计可以有效地解决超声作用熔体的体积和范围较小的问题。
Description
技术领域
本发明涉及金属熔炼技术领域,更具体地说,涉及一种超声搅拌熔炼装置。
背景技术
目前,对利用超声凝固细化晶粒和超声熔体除气机制进行了大量研究,目前超声波导入方式多采用变幅杆固定模式,这种方式仅能发射纵波模式,具有以下局限性:1)变幅杆和其它部件相粘连,使部分超声振动能量被吸收;2)超声作用熔体的体积和范围较小;3)纵波传播过程不但会发生线性衰减,遇到固态物相时由于反射,发生驻波机率较大,这种损失使强度和振幅迅速下降到空化阈值之下甚至空化停止,金属材料铸件脱气效率和细化晶粒效果大打折扣。
综上所述,如何有效地解决超声作用熔体的体积和范围较小的问题,是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种超声搅拌熔炼装置,该超声搅拌熔炼装置的结构设计可以有效地解决超声作用熔体的体积和范围较小的问题。
为了达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种超声搅拌熔炼装置,包括:
支架;
超声波换能器,其上端与所述支架固定连接,其下端即输出端与中间件固定连接,且所述中间件与所述支架弹性连接;
超声波振幅杆,且其上端与所述中间件固定连接;
振动马达,所述振动马达能够带动所述中间件晃动。
优选地,上述超声搅拌熔炼装置中,所述支架具有底板和支撑杆,所述支撑杆的下端与所述底板固定连接,所述支撑杆的上端通过连接片与所述超声波换能器的上端固定连接。
优选地,上述超声搅拌熔炼装置中,所述支撑杆的数量为多根且多根所述支撑杆沿着所述超声波换能器的周向分布,且所述支撑杆的下端与所述底板通过螺栓固定连接,所述支撑杆的上端与所述连接片也通过螺栓固定连接。
优选地,上述超声搅拌熔炼装置中,还包括用于支撑所述中间件且位于所述底板上方的支撑板和位于所述支撑板与所述底板之间的弹性件,所述中间件固定于所述支撑板上方,所述底板上开设有供所述超声波振幅杆穿过的通孔。
优选地,上述超声搅拌熔炼装置中,所述弹性件为弹簧,所述弹簧的下端与所述底板固定连接,所述弹簧的上端与所述支撑板固定连接。
优选地,上述超声搅拌熔炼装置中,所述中间件具体为联轴器。
优选地,上述超声搅拌熔炼装置中,所述超声波换能器的功率范围为500W-2500W,频率范围15KHz-30KHz。
优选地,上述超声搅拌熔炼装置中,所述超声波换能器是压电陶瓷换能器或磁致伸缩换能器。
优选地,上述超声搅拌熔炼装置中,所述振动马达为三相异步高频马达,其频率为20~60Hz。
优选地,上述超声搅拌熔炼装置中,所述超声波振幅杆由热作模具钢制作形成,其表面覆盖无机涂层。
本发明提供的超声搅拌熔炼装置包括支架、超声波换能器、中间件、超声波振幅杆以及振动马达。其中,超声波换能器的上端与支架固定连接,超声波换能器的下端即为其超声波输出端,超声波换能器的超声波输出端与中间件固定连接,中间件与支架弹性连接,具体地中间件与支架的下端弹性连接,即中间件与支架之间通过弹性件连接,中间件与支架之间可以相对运动。超声波振幅杆的上端与中间件固定连接,超声波振幅杆的下端即发射端面能够悬置于熔炼坩埚或结晶器的金属熔体中。另外,振动马达能够带动中间件晃动,中间件晃动进而带动超声波振幅杆晃动。
应用本发明提供的超声搅拌熔炼装置时,超声波换能器的超声波输出端与中间件连接,超声波经中间件传递至超声波振幅杆,最终超声波经超声波振幅杆的发射端发出,同时中间件在振动马达的带动下机械振动,进而带动超声波振幅杆作机械振动。由于中间件与支架弹性连接,振动马达的机械振动能够传递至超声波振幅杆上,以实现超声波振幅杆在三维方向的位移,进而使整个熔体受到均匀重复的机械搅拌和激烈超声振荡,加大超声作用范围和超声作用熔体的体积,有效避免驻波和衰减问题,可以应用于铝合金、锡合金、锌合金等金属的高效除气和细化晶粒的熔炼工艺中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的超声搅拌熔炼装置的结构示意图。
在图1中:
1-支撑杆、2-连接片、3-超声波换能器、4-振动马达、5-联轴器、6-支撑板、7-弹簧、8-底板、9-超声波振幅杆。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种超声搅拌熔炼装置,该超声搅拌熔炼装置的结构设计可以有效地解决超声作用熔体的体积和范围较小的问题。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明实施例提供的超声搅拌熔炼装置包括支架、超声波换能器3、中间件、超声波振幅杆9以及振动马达4。其中,超声波换能器3的上端与支架固定连接,超声波换能器3的下端即为其超声波输出端,超声波换能器3的超声波输出端与中间件固定连接,中间件与支架弹性连接,具体地中间件与支架的下端弹性连接,即中间件与支架之间通过弹性件连接,中间件与支架之间可以相对运动。超声波振幅杆9的上端与中间件固定连接,超声波振幅杆9的下端即发射端面能够悬置于熔炼坩埚或结晶器的金属熔体中。另外,振动马达4能够带动中间件晃动,中间件晃动进而带动超声波振幅杆9晃动。
应用本发明实施例提供的超声搅拌熔炼装置时,超声波换能器3的超声波输出端与中间件连接,超声波经中间件传递至超声波振幅杆9,最终超声波经超声波振幅杆9的发射端发出,同时中间件在振动马达4的带动下机械振动,进而带动超声波振幅杆9作机械振动。由于中间件与支架弹性连接,振动马达4的机械振动能够传递至超声波振幅杆9上,以实现超声波振幅杆9在三维方向的位移,进而使整个熔体受到均匀重复的机械搅拌和激烈超声振荡,加大超声作用范围和超声作用熔体的体积,有效避免驻波和衰减问题,可以应用于铝合金、锡合金、锌合金等金属的高效除气和细化晶粒的熔炼工艺中,也可以延伸到其它黑色金属材料及其复合材料的高效除气和凝固细化晶粒的熔炼。
具体地,支架包括底板8和支撑杆1,并且支撑杆1的下端与底板8固定连接,支撑杆1的上端通过连接片2与超声波换能器3的上端固定连接。如此,实现了支架对超声波换能器3进行支撑限位。
进一步地,支撑杆1的数量可以为多根,并且多根支撑杆1沿着超声波换能器3的周向分布,具体支撑杆1的数量可以为四根。支撑杆1的下端与底板8通过螺栓固定连接,支撑杆1的上端与连接片2也通过螺栓固定连接。超声波换能器3的上端与连接片2也通过螺栓固定连接。当然,支撑杆1和超声波换能器3的上端与连接片2也可以焊接,在此不作限定。
另外,上述超声搅拌熔炼装置还包括支撑板6和弹性件,其中支撑板6用于支撑中间件,并且支撑板6位于底板8上方。弹性件位于支撑板6与底板8之间,弹性件的一端与支撑板6连接,另一端与底板8连接,中间件固定于支撑板6上方,底板8上开设有供超声波振幅杆9穿过的通孔,以使超声波振幅杆9在振动马达4的带动下有足够的自由运动空间晃动。当然,中间件也可以直接通过弹性件与底板8连接,在此不作限定。
进一步地,弹性件为弹簧7,弹簧7的下端与底板8固定连接,弹簧7的上端与支撑板6固定连接。弹簧7的数量可以为四个,沿着超声波振幅杆9的周向均匀分布。为了避免超声波振幅杆9晃动过大,还可以设置穿过弹簧7的导杆,导杆的上端与支撑板6固定连接,导杆的下端也穿过底板8。
具体地,中间件可以为联轴器5,或者为其它的连接部件,在此不作限定。
进行金属的搅拌熔炼时,超声波换能器3的功率范围为500W-2500W,频率范围15KHz-30KHz。当然,也可以根据实际情况设定超声波换能器3的功率和频率,在此不作限定。超声波换能器3可以是压电陶瓷换能器或磁致伸缩换能器,当然超声波换能器3也可以为其它类型,在此不作限定。
其中,振动马达4为三相异步高频马达,其频率为20~60Hz。当然,振动马达4还可以为其它类型和频率,在此不作限定。
另一实施例中,超声波振幅杆9由热作模具钢制作形成,其表面覆盖无机涂层,如此可以大大提高其耐腐蚀性能。
使用该超声搅拌熔炼装置,对金属熔炼的方法可以按以下步骤进行:a将超声波振幅杆9进行预热,保证预热温度与熔炼温度一致。b开启超声波换能器3和振动马达4,设定好参数,将超声波振幅杆9发射端面悬置于熔炼坩埚或结晶器的金属熔体中,在超声搅拌过程中保温一定时间。c关闭超声波换能器3和振动马达4,冷却成型得到金属制件。上述过程中联轴器5一侧设置有振动马达4,采用弹簧7传递势能形成自激励弹性悬架系统,使超声变幅杆发射端面在金属熔池里实现三维位移,可随机改变纵波发射的位置,将增加液态金属空化效应和作用体积,有望提高熔体脱气效率和细化晶粒能力。如下提供具体案例:
实施例一:
(一)将超声波振幅杆9进行充分预热,预热温度控制在230℃。(二)开启超声波换能器3和振动马达4,设置超声波换能器3的功率为500W,频率为15KHz,振动马达4的频率设置为15Hz,将超声波振幅杆9发射端面悬置于的Sn-0.3%Ag-0.7Cu合金熔池结晶器中,230℃保温并超声振荡3min。(三)关闭超声波换能器3和振动马达4,将金属液浇注进模具,空冷后获得Sn-0.3%Ag-0.7Cu合金铸件。
实施例二:
(一)将超声波振幅杆9进行充分预热,预热温度控制在220℃。(二)开启超声波换能器3和振动马达4,设置超声波换能器3功率为1200W,频率为25Hz,振动马达4频率设置为50Hz,将超声波振幅杆9发射端面悬置于220℃恒温的Sn-15Zn-Cu-Al合金熔池坩埚中,超声振荡3min。(三)关闭超声波换能器3和振动马达4,水冷获得Sn-20Zn合金铸件。
实施例三:
(一)将超声波振幅杆9进行充分预热,预热温度控制在400℃。(二)开启超声波换能器3和振动马达4,设置超声波换能器3功率为500W,频率为30KHz,振动马达4频率设置为60Hz,将超声波振幅杆9发射端面悬置于400℃恒温的Zn-5Al合金熔池坩埚中,超声振荡2min。(三)关闭超声波换能器3和振动马达4,水冷获得Zn-5Al合金铸件。
实施例四:
(一)将超声波振幅杆9进行充分预热,预热温度控制在500℃。(二)开启超声波换能器3和振动马达4,设置超声波换能器3功率为2500W,频率为15KHz,振动马达4频率设置为55Hz,将超声波振幅杆9发射端面悬置于500℃的7075铝合金结晶器中超声振荡5min。(三)关闭超声波换能器3和振动马达4,水冷获得7075铝合金铸件。
实施例五:
(一)将超声波振幅杆9进行充分预热,预热温度控制在550℃。(二)开启超声波换能器3和振动马达4,设置超声波换能器3功率为2500W,频率为30KHz,振动马达4频率设置为60Hz,将超声波振幅杆9发射端面悬置于掺体积百分比为5%碳纤维的Al-7.3%Si合金熔体坩埚中,550℃保温和超声振荡5min。(三)关闭超声波换能器3和振动马达4,水冷获得Al-7.3%Si合金铸件。
根据国家标准GB228-875金属拉伸实验方法和GB6397-865金属拉伸实验试样对上述具体实施的金属铸件进行拉伸强度和延伸率测试。拉伸前先测好截面A0和标距长度l0,用以计算延伸率,利用WDW-100型微机电子万能拉伸机对拉伸试样进行拉伸,拉伸时第一阶段的速率控制在0.5kN/sec,第二阶段为位移控制1.5mm/sec,拉断后测量伸长后的标距长度,导出拉伸曲线和数据,获得表1的抗拉强度和延伸率数据。
表1 合金性能
从表1可看出,与常规机械搅拌熔炼法相比,采用本案具有自激励弹性悬架的超声搅拌装置进行熔炼,具体方法见上述的实施方式一到实施方式五,得出的合金密度、拉伸强度和延伸率均有不同程度的提高。从显微镜照片上看,本案的实施方式一到实施方式五获得的铸件晶粒得到了细化。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种超声搅拌熔炼装置,其特征在于,包括:
支架;
超声波换能器(3),其上端与所述支架固定连接,其下端即输出端与中间件固定连接,且所述中间件与所述支架弹性连接;
超声波振幅杆(9),且其上端与所述中间件固定连接;
振动马达(4),所述振动马达(4)能够带动所述中间件晃动。
2.根据权利要求1所述的超声搅拌熔炼装置,其特征在于,所述支架具有底板(8)和支撑杆(1),所述支撑杆(1)的下端与所述底板(8)固定连接,所述支撑杆(1)的上端通过连接片(2)与所述超声波换能器(3)的上端固定连接。
3.根据权利要求2所述的超声搅拌熔炼装置,其特征在于,所述支撑杆(1)的数量为多根且多根所述支撑杆(1)沿着所述超声波换能器(3)的周向分布,且所述支撑杆(1)的下端与所述底板(8)通过螺栓固定连接,所述支撑杆(1)的上端与所述连接片(2)也通过螺栓固定连接。
4.根据权利要求2所述的超声搅拌熔炼装置,其特征在于,还包括用于支撑所述中间件且位于所述底板(8)上方的支撑板(6)和位于所述支撑板(6)与所述底板(8)之间的弹性件,所述中间件固定于所述支撑板(6)上方,所述底板(8)上开设有供所述超声波振幅杆(9)穿过的通孔。
5.根据权利要求4所述的超声搅拌熔炼装置,其特征在于,所述弹性件为弹簧(7),所述弹簧(7)的下端与所述底板(8)固定连接,所述弹簧(7)的上端与所述支撑板(6)固定连接。
6.根据权利要求1所述的超声搅拌熔炼装置,其特征在于,所述中间件具体为联轴器(5)。
7.根据权利要求1所述的超声搅拌熔炼装置,其特征在于,所述超声波换能器(3)的功率范围为500W-2500W,频率范围15KHz-30KHz。
8.根据权利要求1所述的超声搅拌熔炼装置,其特征在于,所述超声波换能器(3)是压电陶瓷换能器或磁致伸缩换能器。
9.根据权利要求1所述的超声搅拌熔炼装置,其特征在于,所述振动马达(4)为三相异步高频马达,其频率为20~60Hz。
10.根据权利要求1所述的超声搅拌熔炼装置,其特征在于,所述超声波振幅杆(9)由热作模具钢制作形成,其表面覆盖无机涂层。
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Application publication date: 20170905 Assignee: Guangzhou new Longhao Industrial Equipment Co., Ltd.|Baise Longhao new material manufacturing Co., Ltd Assignor: Guangdong University of Technology Contract record no.: X2019440000022 Denomination of invention: Ultrasonic stirring melting device Granted publication date: 20181009 License type: Common License Record date: 20191018 |
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