CN206811116U - 超声波辅助合金熔体铸造设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，所述超声波辅助合金熔体铸造设备包括：依次相连的多频超声波电源、换能器、多级变幅杆以及辐射头，其中，所述多级变幅杆中至少一级的变幅杆为中空多孔结构。该设备结构简单、性能可靠、稳定性高、耐高温、使用寿命长；能更高效地提高目标产品的质量，避免驻波缺陷；可有效地对合金熔体进行除气，细化晶粒的铸造，避免污染熔体，系统失谐的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及金属材料加工技术领域，特别是涉及一种超声波辅助合金熔体铸造设备。
背景技术
金属的熔炼与铸造(melting and casting technology)是所有金属材料所必须经过的加工过程。合金在熔炼铸造成型过程中为了达到使用生产要求，一般必须经过除气和晶粒细化铸造等过程，才能最终浇注成金属坯料。超声波熔体铸造与熔体变质铸造不同，超声波熔体铸造没有添加变质剂，消除了对熔体成分的二次污染，提高了合金熔体纯度，使合金的使用和回收更加简单可行。
公告号CN201538802U,公告日2010.08.04，发明名称为《大功率超声波合金熔体铸造系统》的专利公开了一种由超声波换能器、与其相连的多级变幅杆以及末端的耐高温抗腐蚀铁质超声波发射头组成的超声波合金熔体铸造系统。工作原理是通过功率发生器将电流转换电能，被转换的高频电能通过换能器再次被转换成同等频率的高频机械振动，从而产生高频超声波，对熔体进行作用，应用超声空化效应、声流效应、机械效应以及超声除气和簇射效应使熔体性质得到改善。所述超声波合金熔体铸造系统采用固定频率方式工作，合金钢及铸铁材质的变幅杆和发射头，仅适用于实验室规模10公斤左右工件的制造。由于其电源工作能力限制，超声波合金熔体铸造系统只能在预调频率附近单频工作，无法避免超声波驻波现象的产生，必然使待铸造熔体内产生超声铸造盲区，使熔体被铸造状态不一致；钢铁材质的变幅杆和发射头无法在熔融铝合金熔体中连续工作，由合金相图分析其自身必然与铝熔体发生腐蚀反应，从而造成污染熔体，超声系统失谐的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、性能可靠、能更高效地提高目标产品的质量，避免驻波缺陷，延长使用寿命的超声波辅助合金溶体铸造设备。该超声波辅助合金熔体设备可有效地对合金熔体进行除气，细化晶粒等铸造过程。
上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，所述超声波辅助合金熔体铸造设备包括：依次相连的多频超声波电源、换能器、多级变幅杆以及辐射头，所述多级变幅杆中至少一级的变幅杆为中空多孔结构。中空多孔结构的变幅杆配合多频超声电源共同工作，在主振频率周围分布若干响应频率，实现多频共振，避免超声波驻波现象的产生，熔体内超声铸造盲区的出现，使熔体被铸造状态一致。其中，所述多级变幅杆可根据实际工况确定级数，考虑到设备温度控制，优选地，所述多级变幅杆包括至少三级的半波长变幅杆。
优选地，所述多级变幅杆包括依次相连的第一级变幅杆、第二级变幅杆、第三级变幅杆以及第四级变幅杆，其中，所述第一级变幅杆与所述换能器连接，所述第二级变幅杆和所述第三级变幅杆为中空多孔结构，所述第四级变幅杆末端连接辐射头。
优选地，还包括与所述辐射头连接的振动分流盘。更优选地，所述振动分流盘为凹槽结构，所述振动分流盘增大了熔体中的超声振动辐射面，可以有效避免高温热流对变幅杆和换能器的直接热辐射，从而延长换能器的寿命；所述振动分流盘的侧面均匀设置流出口，以供振动分流盘内金属熔体流出；所述振动分流盘的底盘可以为圆形，方形等。
优选地，所述多频超声波电源的工作模式同时包括扫频，复频和单频中的一种或多种，所述多频超声电源的激振模式具有多频共振、单频激励、扫频激励三种，本实用新型超声波辅助合金熔体铸造设备具有满足三种振动模态的性能。所述多频超声电源可以在扫频和复频工作模式下，同时发射出多个频率的激振信号，由BNC数据线传输至换能器，由换能器将电能转化为机械振动带动系统在不同频率不同振动波形模态下进行振动，经由多级变幅杆传输至末端辐射头，辐射头可直接浸没在熔融金属液当中，向金属熔液发送超声振动，进行熔体铸造，避免了单频振动情况下驻波节点处无位移振动，无处理效果的缺点。
优选地，还包括防热罩，所述防热罩设置在所述换能器和至少第一级变幅杆的外部。更优选地，所述防热罩设置在所述换能器、第一级变幅杆、第二级变幅杆、以及部分第三级变幅杆的外部，保护所述换能器和所述变幅杆免受高温熔体热辐射，延长换能器和变幅杆的寿命。
优选地，还包括设置在所述防热罩顶部的冷却装置，所述换能器配有冷却装置可以相应的降低被辐射温度，延长所述换能器寿命。
优选地，所述辐射头为陶瓷辐射头。所述陶瓷辐射头不会与金属熔体形成合金，能长期浸没在高温熔体中，可避免腐蚀、污染、失谐等问题的发生。钢铁材质的变幅杆和辐射头无法在熔融铝合金熔体中连续工作，通过合金相图分析钢铁材质的变幅杆和辐射头必然与铝熔体发生腐蚀反应，从而造成污染熔体，超声系统失谐的问题，因此尤其针对铝合金熔体，可以采用陶瓷材料的辐射头，避免了腐蚀、污染、失谐等问题的发生。
有益效果：
本实用新型超声波辅助合金熔体铸造设备结构简单、性能可靠、效率高、耐高温、使用寿命长，适合大规模工业生产。该设备能够有效对合金熔体进行除气，细化晶粒等铸造，无需添加脱气载体和变质剂等物质，对合金熔体无腐蚀、无污染且可以避免失谐。通过中空多孔变幅杆与多频超声波电源配合的可调节振动模式能更高效地提高目标产品的质量，避免驻波节点处无位移振动的缺陷，适应于浇注及半连续铸造等多种工况。
附图说明
图1是本实用新型超声波辅助合金熔体铸造设备第一实施例结构示意图；
图2是本实用新型超声波辅助合金熔体铸造设备第二实施例结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：
实施例1
本实施例的超声波辅助合金熔体铸造设备，如图1所示，包括：依次相连的多频超声波电源(未示出)、换能器1、第一级变幅杆2、第二级变幅杆3、第三级变幅杆4，第四级变幅杆5、防热罩7以及辐射头6，第一级变幅杆2与换能器1连接，第四级变幅杆5的末端连接辐射头6。其中,至少一级的变幅杆为中空多孔结构。在本实施例中,以第二级变幅杆3和第三级变幅杆4为中空多孔结构为例进行说明，而不限于此。第二级变幅杆3和第三级变幅杆4为中空且均匀设置多孔，该中空多孔结构的变幅杆配合多频超声电源共同工作，在主振频率周围分布若干响应频率，实现多频共振，避免超声波驻波现象的产生，熔体内超声铸造盲区的出现，使熔体被铸造状态一致。
辐射头6优选为陶瓷辐射头6，陶瓷辐射头6能长期浸没在高温熔体中，不会与金属熔体形成合金；尤其针对铝合金熔体，采用陶瓷材料的辐射头，可以避免了腐蚀、污染、失谐等问题的发生。
防热罩7设置在换能器1和至少第一级变幅杆2的外部。优选地，防热罩7设置在换能器1、第一级变幅杆2、第二级变幅杆3以及部分的第三级变幅杆4的外部，保护换能器1以及第一级变幅杆2、第二级变幅杆3以及部分的第三极变幅杆4免受高温熔体热辐射，延长换能器和变幅杆的寿命。
进一步地，还包括设置在所述防热罩7顶部的冷却装置(未示出)，换能器1配有冷却装置可以相应的降低被辐射温度，延长所述换能器1寿命。
本实用新型中多级变幅杆可根据实际工况确定级数，考虑到设备温度控制，优选地，所述多级变幅杆至少三级的半波长变幅杆，本实施例中优选四级半波长变幅杆。
本实用新型中的多频超声波电源的工作模式同时包括扫频，复频和单频中的一种或多种，多频超声电源的激振模式具有多频共振、单频激励、扫频激励三种，本实用新型设备具有满足三种振动模态的性能。工作时，多频超声电源可以在扫频和复频工作模式下，同时发射出多个频率的激振信号，由刺刀螺母连接器(BNC)数据线传输至换能器1，由换能器1将电能转化为机械振动带动系统在不同频率不同振动波形模态下进行振动，经由多级变幅杆传输至末端辐射头6，辐射头6可直接浸没在熔融金属液当中，向金属熔液发送超声振动，进行熔体铸造，避免了单频振动情况下驻波节点处无位移振动，无处理效果的缺点。
实施例2
本实施例的超声波辅助合金熔体铸造设备，如图2所示，实施例2与实施例1的区别在于：所述辐射头6的末端连接有凹槽结构的振动分流盘8，振动分流盘8的侧面均匀设置流出口，以供振动分流盘8内金属熔体流出，振动分流盘8的底盘可以为圆形，方形等。振动分流盘8增大了熔体中的超声振动辐射面，可以有效避免高温热流对变幅杆和换能器1的直接热辐射，从而延长换能器1的寿命。
本实用新型的超声波辅助合金熔体铸造设备主要应用于轻质合金的铸造，如熔点较低的镁及其合金和铝及其合金。该设备结构简单、效率高、抗热辐射、性能可靠、使用寿命长，满足金属合金材料工业发展要求。该实用新型超声波辅助合金熔体铸造设备，为了与多频超声波电源配合，实现多频共振效果。通过仿真分析将多级变幅杆设计成中空多孔形式，在主振频率周围分布若干响应频率，配合多频超声电源共同工作，避免驻波节点处无位移振动缺陷，通过此种振动模式改善了目标产品的质量；采用了分流盘振动形式增大了超声振动辐射面；采用陶瓷材料的辐射头避免了腐蚀、污染等问题。
以上结合附图对本实用新型优选实施例进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，所述超声波辅助合金熔体铸造设备包括：依次相连的多频超声波电源、换能器、多级变幅杆以及辐射头，其中，所述多级变幅杆中至少一级的变幅杆为中空多孔结构。
2.如权利要求1所述的超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，所述多级变幅杆至少包括三级变幅杆。
3.如权利要求1所述的超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，所述多级变幅杆包括依次相连的第一级变幅杆、第二级变幅杆、第三级变幅杆以及第四级变幅杆，其中，所述第一级变幅杆与所述换能器连接，所述第二级变幅杆和所述第三级变幅杆为中空多孔结构，所述第四级变幅杆末端连接辐射头。
4.如权利要求1所述的超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，还包括与所述辐射头连接的振动分流盘。
5.如权利要求4所述的超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，所述振动分流盘为凹槽结构，所述振动分流盘的侧面均匀设置流出口。
6.如权利要求1所述的超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，所述多频超声波电源的工作模式包括扫频、复频和单频。
7.如权利要求1所述的超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，还包括防热罩，所述防热罩设置在所述换能器和至少第一级变幅杆的外部。
8.如权利要求7所述的超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，还包括设置在所述防热罩顶部的冷却装置，用于降低所述换能器的温度。
9.如权利要求1所述的超声波辅助合金熔体铸造设备，其特征在于，所述辐射头为陶瓷辐射头。
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| CN110512070A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-29 | 沈阳工业大学 | 一种非接触式超声振动细化晶粒的设备及方法 |
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