CN210387546U - 一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置，该铸造装置包括有开合模部分、铸造模具部分、大振力大振幅振动部分和超声波振动部分有机结合，并通过一个主机架整合为一体。所述铸造模具部分，铸造模具中分别伸进若干根机械振动杆和若干根超声波振动杆，并构成动模和定模合模形成的模具型腔的一部分。本实用新型机械振动和超声波振动协同作用，实现机械振动和超声波振动挤压铸造。不仅可以消除缩孔缩松等铸造缺陷，还可以通过超声波振动细化晶粒，使材料中的含气弥散分布，消除气孔缺陷，产品致密度高。不仅具有机械振动铸造和超声波振动铸造双重优点，而且结构简单，实施方便，因此具有很大的市场竞争力和广阔的运用前景。

Description

一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置

技术领域

本实用新型涉及铸造方法及设备的技术领域，尤其是指一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置。

背景技术

铸件在充型和凝固的过程中由于各种条件的综合影响，很容易产生气孔、缩孔、缩松等一些铸造缺陷，为提高铸件质量，要想方设法消除这些铸造缺陷。申请号为201410241027.X的“一种大振力、大振幅的振动挤压铸造方法及其铸造装置”的发明专利，公开了一种大振力、大振幅的振动挤压铸造方法及其铸造装置，其方法是首先在铸造模具中伸进有振动杆，当需要进行铸造时，所述铸造模具中的动模和定模合模形成模具型腔，然后再往该模具型腔中注入所需成型的金属材料，最后通过对所述振动杆施加大振力、大振幅的振动压力，使得此时对被成型金属材料的挤压力变为动挤压力，对模具型腔中的被成型金属材料进行振动压制，从而在被成型金属材料中形成振动压力场，振动压缩模具型腔中的被成型金属材料，可以消除缩孔缩松缺陷，但较难消除微小气孔的铸造缺陷。由日本加特可株式会社申请号为201110059293.7、201110071326.X、 201110057019.6的“铸造装置及铸造方法”的发明专利，公开了三种超声波铸造装置及铸造方法，分别在溶液汲取、输送及模腔内实施超声波振动，申请号为201210143369.9的“一种铸造装置及铸造方法”的发明专利又在此基础上面提出了改进方法，让超声波振动的时间更长更充分。虽然在铸造中加入超声波振动能一定程度上面细化晶粒，强化铸件，但超声波振动的振幅经变幅杠放大后也只有微米级，振动力很微小，可以使材料中的含气弥散分布，但却无法压缩模具中的材料消除缩松缩孔的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置，通过大振力、大振幅的振动挤压铸造消除缩孔缩松的缺陷，利用超声波振动的振幅使材料中的含气弥散分布，消除气孔缺陷。

本实用新型的目的是通过以下技术措施到达的：

一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置，包括有开合模部分、铸造模具部分，其特征在于：大振力大振幅振动部分和超声波振动部分有机结合，并与开合模部分、铸造模具部分通过一个主机架整合为一体，铸造模具中分别伸进若干根机械振动杆和若干根超声波振动杆，并构成动模和定模合模形成的模具型腔的一部分；它们关键连接关系如下：所述动模和定模合模后形成模具型腔，大振力大振幅振动部分的机械振动杆的一端水平穿过动模，并构成模具型腔的一部分，超声波振动杆的一端垂直穿过定模，也构成模具型腔的一部分；由超声波振动控制部分驱动，安装在与超声波振动杆固接的压板两侧的超声波振动件上，以对模具型腔中的被成型金属材料进行超声波振动；所述机械振动杆与机械振动电机相连，以对模具型腔中的被成型金属材料施加机械振动压力。

所述开合模部分包括有控制开合模的开合模液压缸、第一动模座板110；所述大振力大振幅振动部分包括有第一机械振动杆101、第一振动推板102、第一振动电机103、第一机械振动压板112，所述大振力大振幅振动部分的第一机械振动杆101一端穿过动模104，另一端固接在第一机械振动压板112的一侧，所述第一机械振动压板112与第一振动推板102固定连接，且位于动模104和动模座板110之间，所述第一机械振动压板112与第一动模104之间夹垫有第一弹性垫圈108，所述第一振动推板102连接有动力；所述第一机械振动杆101由第一机械振动电机103施加机械振动压力，用于对铸造时模具型腔中的被成型金属材料进行大振力、大振幅的振动压力；

所述超声波振动部分包括有第一超声波振动杆114、第一超声波振动压板 115、第一超声波振动件116和第一超声波控制部分117；所述由第一超声波振动件116施加超声波振动压力的第一超声波振动杆114的一端垂直穿过第一定模105，所述第一超声波振动压板115与第一超声波振动件116固定连接；

所述铸造模具部分包括有第一动模104、第一定模105、第一流道截断板106、第一定模座板107和第一弹性垫圈108；所述第一动模104和第一定模105左右对置，组合形成第一模具型腔111，其中第一机械振动杆101的一端水平穿过第一动模104，构成第一模具型腔111的一部分，第一超声波振动杆114的一端垂直穿过第一定模105，也构成第一模具型腔111的一部分；所述第一动模104通过第一垫块113固定安装在由开合模液压缸控制左右运动的第一动模座板110 的一侧，所述第一定模105固定安装在第一定模座板107的一侧，所述第一定模105和第一定模座板107组合形成水平直浇道109；所述一端垂直穿过第一定模105的第一超声波振动杆114的另一端固接在第一超声波振动压板115的一侧，所述第一超声波振动压板115与第一超声波振动件116固定相接。

所述开合模部分包括有控制开合模的开合模液压缸、第二动模座板210；所述大振力大振幅振动部分包括有第二机械振动杆201、第二振动推板202、第二机械振动电机203、第二机械振动压板212；所述超声波振动部分包括有第二超声波振动杆217、第二超声波振动压板218、第二超声波振动件219和第二超声波控制部分220；所述铸造模具部分包括有第二动模204、第二定模205、第二流道截断板206、第二定模座板207、第二弹性垫圈208、压铸筒209、活塞214 和推杆215，所述第二动模204和第二定模205左右对置，组合形成第二模具型腔211，所述第二动模204通过第二垫块213固定安装在第二动模座板210的一侧，所述第二定模205固定安装在第二定模座板207的一侧，且其内径与水平直浇道内径相同，所述压铸筒209上面开有溶液主入口216，所述带有活塞214 的推杆215的一端水平伸进压铸筒209内，其另一端连接有将被成型金属材料压入模具型腔211中的动力；所述由第二机械振动电机203施加机械振动压力的第二机械振动杆201的一端水平穿过第二动模204，并构成第二模具型腔211 的一部分，其另一端固接在第二机械振动压板212的一侧，所述第二机械振动压板212与连接有动力的第二振动推板202固定相接，且它们位于第二动模204 和第二动模座板210之间；所述由第二超声波振动件219施加超声波振动压力的第二超声波振动杆217的一端垂直穿过第二定模205，并构成第二模具型腔 211的一部分，其另一端固接在第二超声波振动压板218的一侧，所述第二超声波振动压板218与第二超声波振动件219固定相接。

所述机械振动杆和超声波振动杆根据需要设置1～3根。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、单纯的机械振动铸造通过对振动杆施加大振力、大振幅的振动压力，对模具型腔中的被成型金属材料进行振动压制，从而在被成型金属材料中形成振动压力场，振动压缩模具型腔中的被成型金属材料，可以消除缩孔缩松缺陷，但较难消除微小气孔的铸造缺陷。单纯的超声波铸造超声波频率高，但振动能量小，振幅经变幅杠放大后也只有微米级，振动力很微小，虽然感到有微弱的振动，但感觉不到有力的作用，只能细化晶粒，却无法挤压模具中的材料消除缩松缩孔缺陷。本实用新型将机械振动与超声波振动相结合，不仅可以消除缩孔缩松等铸造缺陷，还可以通过超声波振动细化晶粒，使材料中的含气弥散分布，消除气孔缺陷。制造出的产品致密度高，无铸造缺陷。

2、以往的机械振动铸造设备都是对模具整体实施振动，对被成型金属材料的作用属于间接式的，没有力直接作用在被成型金属材料上，且只有在被成型金属材料为液态的时候才有效果，一旦被成型金属材料凝固就将失去作用。而本实用新型对被成型金属材料提供的振动场是直接作用于型腔即模具中被成型金属材料本身，且可以根据需要设置多个振动杆，哪里需要就设置在哪里。不仅被成型金属材料为液态的时候有用，当被成型金属材料变为半固态和粘性的固态材料后效果依然非常明显，特别对于排除被成型金属材料中混有的气体。

3、以往的超声波铸造过程是将产生超声波振动压力的超声波振动喇叭直接插入液态的被成型金属材料中，一旦被成型金属材料凝固就将失去作用，难以将超声波振动压力应用于合模后的被成型金属材料，并且由于模具型腔复杂，有时不能插入所述超声波振动喇叭，因此不能获得充分的细化晶粒的效果。而本实用新型是将发生超声波振动的超声波振动件与振动杆固接，所述振动杆构成模具型腔的一部分，不仅被成型金属材料为液态的时候有用，当被成型金属材料变为半固态和粘性的固态材料后效果依然非常明显。

4、与挤压铸造相比，挤压铸造的挤压力是静态的力，铸造小零件也需要很大的挤压力。而本实用新型的机械振动挤压力与超声波振动挤压力是动态的，可以在整个模具形腔内形成振动压力场波，小吨位的振动压力可以制造出大型铸造零件。

5、与压力铸造相比，压力铸造的挤压力通过挤压杆作用在料柄上，经过浇口和较长的流道才能作用到铸造产品上，力的传递距离远、能量额外消耗大，一旦传递路径上的材料先凝固了，挤压力就无法传递作用到被成型金属材料上。而本实用新型的振动压力通过振动杆可以直接作用到被成型金属材料上，不仅被成型金属材料为液态的时候有用，当被成型金属材料变为半固态和粘性的固态材料后效果依然非常明显，并且力的传递距离短、能量额外消耗少。

6、本实用新型无需采用挤压铸造和压力铸造那样的高压成型，设备结构和模具承受的力小很多，设备结构和模具的尺寸可以大幅减小，降低投资成本，设备的动力系统也可大幅的减小，设备的制造成本和铸造产品的单件生产成本都大幅降低。

7、本实用新型因结合了机械振动与超声波振动，振幅变化范围广，效果明显，很多铸造缺陷可以在振动过程中得以消除，而不需要因模具结构问题而对模具进行复杂繁琐的设计和修模试模从而使新模具的设计大幅简化。

8、流道截断板截断被成型金属材料的输入通道后，可以隔断大振幅大振动力与超声波振动力向材料输入系统和设备液压系统的传递，对材料输入系统和设备液压系统起到了很好的保护作用；

9、本实用新型因结构简单，价格便宜，效果明显，实施方便，因此具有很大的市场竞争力。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所述一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例2中所述一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。

实施例1

如图1所示，一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置，包括有开合模部分、大振力大振幅振动部分、超声波振动部分以及铸造模具部分，它们是通过一个主机架整合为一体，机械振动和超声波振动协同作用，实现机械振动和超声波振动挤压铸造。

所述开合模部分包括有控制开合模的开合模液压缸、第一动模座板110；所述大振力大振幅振动部分包括有第一机械振动杆101、第一振动推板102、第一机械振动电机103、第一机械振动压板112，所述大振力大振幅振动部分的第一机械振动杆101一端穿过第一动模104，另一端固接在第一机械振动压板112的一侧，所述第一机械振动压板112与第一振动推板102固定连接，且位于第一动模104和第一动模座板110之间，第一机械振动压板112与第一动模104之间夹垫有第一弹性垫圈108，第一振动推板102连接有动力；所述第一机械振动杆101可以根据实际需要设定根数，本实施例为3根，它们由第一机械振动电机103施加大振力、大振幅的振动压力，用于对铸造时模具型腔中的被成型金属材料进行大振力、大振幅的振动压力。

所述超声波振动部分包括有第一超声波振动杆114、第一超声波振动压板 115、第一超声波振动件116和第一超声波控制部分117；所述第一超声波振动杆114也可以根据实际需要设定根数，本实施例为3根，它们的一端垂直穿过第一定模105，所述第一超声波振动压板115与第一超声波振动件116固定连接，第一超声波振动压板115与第一定模105之间夹垫有第一弹性垫圈，第一超声波振动杆114由第一超声波振动件116施加超声波振动压力。

所述铸造模具部分包括有第一动模104、第一动模座板110、第一定模105、第一流道截断板106、第一定模座板107和第一弹性垫圈108；其中所述第一动模座板110由开合模液压缸控制左右运动，所述第一动模104和第一定模105 左右对置，组合形成第一模具型腔111，其中3根第一机械振动杆101的一端水平穿过第一动模104，构成第一模具型腔111的一部分，3根第一超声波振动杆114的一端垂直穿过第一定模105，也构成第一模具型腔111的一部分。所述第一动模104通过第一垫块113固定安装在第一动模座板110的一侧，随第一动模座板110由开合模液压缸控制左右运动，所述第一定模105固定安装在第一定模座板107的一侧，所述第一定模105和第一定模座板107组合形成水平直浇道109，所述压铸筒穿插在该水平直浇道109中，且其内径与水平直浇道109 的内径相同，浇注时被成型金属材料通过水平直浇道109从下往上充满第一模具型腔111，待被成型金属材料充满型腔后，所述第一流道截断板106运动，封住浇道；所述第一超声波振动杆114的一端垂直穿过第一定模105，另一端固接在第一超声波振动压板115的一侧，所述第一超声波振动压板115与第一超声波振动件116固定相接，第一超声波振动压板115与第一定模105之间夹垫有第一弹性垫圈108，所述第一超声波振动杆114由第一超声波振动件116施加超声波振动压力。

浇注过程为：浇注机在浇注开始时，压铸筒，活塞端的推杆可水平伸进上面开有熔液注入口的压铸筒内，将被成型金属材料通过水平直浇道109被压入第一模具型腔111，待活塞运动到行程终点时压射完毕，之后第一机械振动电机 103和第一超声波振动件116在第一超声波控制部分117的作用下开始工作，第一机械振动杆101和第一超声波振动杆114开始对被成型金属材料实施机械振动和超声波振动协同作用，实现机械振动和超声波振动挤压。

本实施例所述的铸造装置，不同于一般的挤压铸造机，它是结合了机械振动与超声波振动的挤压铸造机的优势，能将静挤压力变为动态的振动挤压，能够用比较小的力就完成对被成型金属材料的挤压，而且振动效果不仅在合金熔液为液体时有效，对半固态的合金熔液也明显有效果。

实施例2

如图2所示，一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置，设计的技术方案和基本结构是与实施例1相同的，不同的是本实施例因铸造装置型号不同而有所不同，它们的具体连接方式如下：所述开合模部分包括有控制开合模的开合模液压缸、第二动模座板210；所述大振力大振幅振动部分包括有第二机械振动杆201、第二振动推板202、第二机械振动电机203、第二机械振动压板 212；所述超声波振动部分包括有第二超声波振动杆217、第二超声波振动压板 218、第二超声波振动件219和第二超声波控制部分220；所述铸造模具部分包括有第二动模204、第二定模205、第二流道截断板206、第二定模座板207、第二弹性垫圈208、压铸筒209、带活塞214的推杆215，其中第二动模座板210 由开合模液压缸控制左右运动，第二动模204和第二定模205左右对置，组合形成第二模具型腔211，且第二动模204和第二定模205之间夹垫有第二弹性垫圈208，所述第二动模204通过第二垫块213固定安装在第二动模座板210的一侧，随第二动模座板210做左右运动，所述第二定模205固定安装在第二定模座板207的一侧，所述第二定模205和第二定模座板207组合形成水平直浇道，所述压铸筒209穿插在水平直浇道中，且其内径与水平直浇道内径相同，所述压铸筒209上面开有溶液主入口216，所述推杆215带有活塞214的一端可水平伸进压铸筒209内，其另一端连接有动力，将被成型金属材料压入第二模具型腔211中，待活塞214运动到行程终点时所述第二流道截断板206运动，封住浇道；所述第二机械振动杆201的一端水平穿过第二动模204，并构成第二模具型腔211的一部分，其另一端固接在第二机械振动压板212的一侧，所述第二机械振动压板212与第二振动推板202固定相接，且它们位于第二动模204和第二动模座板210之间，所述第二振动推板202连接有动力，且所述第二振动杆201由第二机械振动电机203施加机械振动压力。所述第二超声波振动杆217 的一端垂直穿过第二定模205，并构成第二模具型腔211的一部分，其另一端固接在第二超声波振动压板218的一侧，所述第二超声波振动压板218与第二超声波振动件219固定相接，所述第二超声波振动压板218与第二定模205之间夹垫有第二弹性垫圈208，所述第二超声波振动杆217由第二超声波振动件219 施加超声波振动压力。

当压铸筒209中的被成型金属材料被压入第二模具型腔211后，第二流道截断板206封住浇道，此时活塞214卸载，这样第二动模204和第二定模205 之间的锁模力可以减到很小，液压系统将大为简化，并且此时第二机械振动电机203和第二超声波振动控制件219开始振动，由于第二动模204和第二定模 205之间留有一定的间隙，第二动模204在第二弹性垫圈208的作用下整体振动挤压铸件制品，除了超声波振动细化晶粒的效果外，还会将溶液中的气体几乎全部排出，防止气孔缺陷，将会大大降低铸件缩孔缩松缺陷，边振动边凝固，最终得到质量更好的铸件。

综上所述，在采用以上方案后，本新型实用所述结合机械振动与超声波振动挤压的铸造装置运用的是振动动压力，在具有机械振动铸造和超声波振动铸造双重优点的同时，不仅结构简单，实施方便，并且在具有现有振动设备所具有的优点的同时将使设备的吨位大幅下降，使用消耗大幅下降，控制系统和液压系统大幅简化，并且新模具的设计也将大幅简化，在实际的生产中将会带来巨大的经济效益，运用前景十分广阔，值得推广。

Claims (4)

1.一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置，包括有开合模部分、铸造模具部分，其特征在于：大振力大振幅振动部分和超声波振动部分有机结合，并与开合模部分、铸造模具部分通过一个主机架整合为一体，铸造模具中分别伸进若干根机械振动杆和若干根超声波振动杆，并构成动模和定模合模形成的模具型腔的一部分；它们关键连接关系如下：所述动模和定模合模后形成模具型腔，大振力大振幅振动部分的机械振动杆的一端水平穿过动模，并构成模具型腔的一部分，超声波振动杆的一端垂直穿过定模，也构成模具型腔的一部分；由超声波振动控制部分驱动，安装在与超声波振动杆固接的压板两侧的超声波振动件上，以对模具型腔中的被成型金属材料进行超声波振动；所述机械振动杆与机械振动电机相连，以对模具型腔中的被成型金属材料施加机械振动压力。

2.根据权利要求1所述一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置，其特征在于：所述开合模部分包括有控制开合模的开合模液压缸、第一动模座板(110)；所述大振力大振幅振动部分包括有第一机械振动杆(101)、第一振动推板(102)、第一机械振动电机(103)、第一机械振动压板(112)，所述大振力大振幅振动部分的第一机械振动杆(101)一端穿过第一动模(104)，另一端固接在第一机械振动压板(112)的一侧，所述第一机械振动压板(112)与第一振动推板(102)固定连接，且位于第一动模(104)和第一动模座板(110)之间，所述第一机械振动压板(112)与第一动模(104)之间夹垫有第一弹性垫圈(108)，所述第一振动推板(102)连接有动力；所述第一机械振动杆(101) 由第一机械振动电机(103)施加机械振动压力，用于对铸造时模具型腔中的被成型金属材料进行大振力、大振幅的振动压力；

所述超声波振动部分包括有第一超声波振动杆(114)、第一超声波振动压板(115)、第一超声波振动件(116)和第一超声波控制部分(117)；所述由第一超声波振动件(116)施加超声波振动压力的第一超声波振动杆(114)的一端垂直穿过第一定模(105)，所述第一超声波振动压板(115)与第一超声波振动件(116)固定连接；

所述铸造模具部分包括有第一动模(104)、第一定模(105)、第一流道截断板(106)、第一定模座板(107)和第一弹性垫圈(108)；所述第一动模(104)和第一定模(105)左右对置，组合形成第一模具型腔(111)，其中第一机械振动杆(101)的一端水平穿过第一动模(104)，构成第一模具型腔(111)的一部分，第一超声波振动杆(114)的一端垂直穿过第一定模(105)，也构成第一模具型腔(111)的一部分；所述第一动模(104)通过第一垫块(113)固定安装在由开合模液压缸控制左右运动的第一动模座板(110)的一侧，所述第一定模(105)固定安装在第一定模座板(107)的一侧，所述第一定模(105)和第一定模座板(107)组合形成水平直浇道(109)；

所述一端垂直穿过第一定模(105)的第一超声波振动杆(114)的另一端固接在第一超声波振动压板(115)的一侧，所述第一超声波振动压板(115)与第一超声波振动件(116)固定相接。

3.根据权利要求1所述一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置，其特征在于：所述开合模部分包括有控制开合模的开合模液压缸、第二动模座板(210)；所述大振力大振幅振动部分包括有第二机械振动杆(201)、第二振动推板(202)、第二机械振动电机(203)、第二机械振动压板(212)；所述超声波振动部分包括有第二超声波振动杆(217)、第二超声波振动压板(218)、第二超声波振动件(219)和第二超声波控制部分(220)；所述铸造模具部分包括有第二动模(204)、第二定模(205)、第二流道截断板(206)、第二定模座板(207)、第二弹性垫圈(208)、压铸筒(209)、活塞(214)和推杆(215)，所述第二动模(204)和第二定模(205)左右对置，组合形成第二模具型腔(211)，所述第二动模(204)通过第二垫块(213)固定安装在第二动模座板(210)的一侧，所述第二定模(205)固定安装在第二定模座板(207)的一侧，且其内径与水平直浇道内径相同，所述压铸筒(209)上面开有溶液主入口(216)，所述带有活塞(214)的推杆(215)的一端水平伸进压铸筒(209)内，其另一端连接有将被成型金属材料压入第二模具型腔(211)中的动力；所述由第二机械振动电机(203)施加机械振动压力的第二机械振动杆(201)的一端水平穿过第二动模(204)，并构成第二模具型腔(211)的一部分，其另一端固接在第二机械振动压板(212)的一侧，所述第二机械振动压板(212)与连接有动力的第二振动推板(202)固定相接，且它们位于第二动模(204)和第二动模座板(210)之间；所述由第二超声波振动件(219)施加超声波振动压力的第二超声波振动杆(217)的一端垂直穿过第二定模(205)，并构成第二模具型腔(211)的一部分，其另一端固接在第二超声波振动压板(218)的一侧，所述第二超声波振动压板(218)与第二超声波振动件(219)固定相接。

4.根据权利要求1或2或3所述一种机械振动与超声波振动协同作用的铸造装置，其特征在于：所述机械振动杆和超声波振动杆根据需要设置1～3根。

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