一種用于鋁合金半連續(xù)鑄造的超聲變幅桿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲變幅桿的設(shè)計(jì)，適用于鋁合金半連續(xù)鑄造。主要特點(diǎn)如下：1)能有效地將超聲能量傳遞到鋁合金熔體中，在高溫熔體中能穩(wěn)定正常工作；2)能使超聲能量的強(qiáng)度在凝固前沿盡可能均勻一致；3)與超聲換能系統(tǒng)匹配；4)維護(hù)方便，能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，傳輸作用范圍廣，能滿足大規(guī)格鋁合金鑄造的要求，具有廣泛推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】一種用于鋁合金半連續(xù)鑄造的超聲變幅桿
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于大規(guī)格鋁合金鑄造要求的超聲變幅桿，該變幅桿為可以用于實(shí)驗(yàn)條件以及工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械裝置，且方法操作與維護(hù)方便，能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。
【背景技術(shù)】
[0002]航空航天運(yùn)載裝備是國際競爭的制高點(diǎn)，是國家核心科技實(shí)力的綜合體現(xiàn)，是引領(lǐng)和支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鞏固國防、維護(hù)國家安全的強(qiáng)有力保障。但是目前，我國高性能材料的制造能力與需求存在差距，制造能力還不能滿足航空航天運(yùn)載裝備服役性能跨越式發(fā)展要求。而且隨著激烈的國際競爭，這種差距就愈加凸顯。
[0003]目前雖然已能試制出厚度達(dá)600mm的高合金(7B50合金)錠還,但在尺寸規(guī)格上仍未達(dá)到相關(guān)戰(zhàn)略工程所需的800mm厚錠坯的要求，并且錠坯的性能質(zhì)量存在較大的差距。因此，超高強(qiáng)合金大規(guī)格錠坯的成形成性問題仍是大型復(fù)雜高性能構(gòu)件制造的重要瓶頸。
[0004]而超聲場應(yīng)用于材料的凝固過程可以獲得常規(guī)鑄造時(shí)所無法比擬的工藝效果，從而可以獲得高品質(zhì)的鑄造產(chǎn)品。同時(shí)，超聲波傳導(dǎo)裝備簡單、操作方便、且對(duì)環(huán)境無污染，因而這一技術(shù)受到了高度重視。但目前傳統(tǒng)的變幅桿結(jié)構(gòu)端面為平面，超聲波能量基本沿著變幅桿長度方向垂直于端面?zhèn)鬟f，導(dǎo)致超聲波傳輸作用范圍有限，不能滿足大規(guī)格鋁合金鑄造的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種擴(kuò)大超聲場的作用范圍、提高超聲鑄造的作用效果的用于鋁合金半連續(xù)鑄造的超聲變幅桿。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的適用于大規(guī)格鋁合金鑄造的超聲變幅桿，如圖1所示，其特征在于:變幅桿設(shè)計(jì)外觀為錘形平端面。
[0007]采用上述技術(shù)方案的用于鋁合金半連續(xù)鑄造的超聲變幅桿，將變幅桿的工作前端面加工成平面，沿垂直方向入射的聲波傳到圓柱體的平端面時(shí)，對(duì)于鋁熔體而言，分界面的聲波是垂直入射的，超聲波的輻射強(qiáng)度明顯增大。
[0008]本發(fā)明是一種集超聲技術(shù)，金屬凝固技術(shù)、振動(dòng)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)，是一種高性能鋁合金大規(guī)格鑄錠鑄造過程中細(xì)化鑄造組織，提高力學(xué)性能，消減裂紋的裝置。能有效地將超聲能量傳遞到鋁合金熔體中，在高溫熔體中能穩(wěn)定正常工作；能使超聲能量的強(qiáng)度在凝固前沿盡可能均勻一致；與超聲換能系統(tǒng)匹配；維護(hù)方便，能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。
[0009]本發(fā)明顯著擴(kuò)大了超聲場的作用強(qiáng)度，適用于大規(guī)格鋁合金鑄錠的半連續(xù)鑄造及連續(xù)鑄造，具有廣泛推廣應(yīng)用價(jià)值。
[0010]綜上所述，本發(fā)明是一種擴(kuò)大超聲場的作用范圍、提高超聲鑄造的作用效果的用于鋁合金半連續(xù)鑄造的超聲變幅桿。
【專利附圖】

【附圖說明】[0011]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是原有超聲鑄造聲波傳導(dǎo)示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明的超聲鑄造聲波傳導(dǎo)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]參見圖1，該裝置在高強(qiáng)鋁合金半連續(xù)鑄造時(shí)加入超聲波外場，利用超聲波對(duì)晶粒尺寸、溶質(zhì)分布、表面質(zhì)量及裂紋進(jìn)行控制，以達(dá)到減少錠坯內(nèi)部熱應(yīng)力，消除內(nèi)部裂紋，獲得優(yōu)質(zhì)大規(guī)格鑄錠的目的。其中超聲加工裝置的性能尤其關(guān)鍵，它主要由超聲波發(fā)生器9，換能器I，定位夾具2，位移操作臺(tái)8，變幅桿3，熱電偶6和溫度控制記錄儀7組成，變幅桿3的工作前端面為平面5，變幅桿的作用是將高頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，并將機(jī)械振動(dòng)的位移或速度進(jìn)行放大，使能量集中在較小的輻射面上，其聲學(xué)特性對(duì)整個(gè)超聲加工裝置非常重要。
[0016]參見圖2，原有變幅桿3的工作前端面為平面，變幅桿3中的入射波沿#軸負(fù)向傳遞到變幅桿3的端面時(shí)，由于變幅桿3與鋁合金熔體4的特性阻抗不同，聲波將繼續(xù)沿Jr軸負(fù)向透射進(jìn)鋁合金熔體4中。對(duì)于聲波垂直入射而言，聲能利用率較高(h = 0 7S7 )，處理小型鑄錠，在空化及聲流攪拌作用下，可以達(dá)到良好的效果，對(duì)于超聲鑄
造生產(chǎn)較大規(guī)格鑄錠時(shí)，為了擴(kuò)大超聲波的作用范圍，則可以在不同位置引入多套超聲振動(dòng)系統(tǒng)。
[0017]由于鋁合金熔體4流體沒有固定形狀，其邊界形狀主要取于所接觸的介質(zhì)外形，對(duì)于變幅桿-鋁合金熔體系統(tǒng)，變幅桿3的工作前端面形狀決定了分界面形狀，從而也決定了分界面處聲波的傳播方向。將變幅桿3的工作前端面加工成平面5，如圖3所示，沿垂直方向入射的聲波傳到變幅桿3的平面5時(shí)，對(duì)于鋁合金熔體4而言，分界面的聲波是垂直入射的，聲波的輻射強(qiáng)度明顯增大。
[0018]變幅桿3的端面加工成平面5，顯著擴(kuò)大了超聲場的作用強(qiáng)度，適用于大規(guī)格鋁合金鑄錠的半連續(xù)鑄造及連續(xù)鑄造，具有廣泛推廣應(yīng)用價(jià)值。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于鋁合金半連續(xù)鑄造的超聲變幅桿，包括超聲波發(fā)生器與超聲波傳遞裝置，其特征在于它是由冷卻風(fēng)扇(I)、套筒(2)、法蘭盤(3)、緊固塊(4)、墊片(5)、超聲波換能器(6)、波導(dǎo)桿(7)、變幅桿(8)、工具頭(9)、螺栓(10)、螺釘(11)組成；所述冷卻風(fēng)扇通過螺釘固定在套筒固上端，所述法蘭盤通過螺釘固定在套筒下端；所述超聲波換能器放置在套筒內(nèi)，通過緊固塊與法蘭盤固定在一起；所述波導(dǎo)桿通過螺栓與超聲波換能器固定在一起；所述變幅桿通過螺栓與波導(dǎo)桿固定子一起；所述工具頭通過螺栓與變幅桿固定在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的超聲波傳遞裝置，其特征在于:超聲波通過波導(dǎo)桿(7)、變幅桿(8 )、工具頭(9 )三者傳遞到鋁液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述超聲波發(fā)生裝置，其特征在于:通過壓電陶瓷與電極片的壓電效應(yīng)將220V工 作電壓輸出的電能轉(zhuǎn)換為超聲波機(jī)械能。
【文檔編號(hào)】B22D11/10GK103894560SQ201310524455
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】蔣日鵬, 李曉謙, 張立華, 張雪 申請人:中南大學(xué)