[發(fā)明專利]可控聲場的浸入式三維超聲金屬凝固裝置與方法

有效

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• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113102735B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟薇;王建元;于洋;魏炳波
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: B22D27/20
• 分類號: B22D27/20
• 代理公司: 西安啟誠專利知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61240
• 代理人: 李艷春

1.一種可控聲場的浸入式三維超聲金屬凝固裝置，其特征在于：包括金屬凝固裝置本體和金屬凝固數(shù)據(jù)采集及控制器，所述金屬凝固裝置本體包括從頂部澆注的鑄模(4)和設(shè)置在鑄模(4)外壁的多個方向上的超聲振動組件(5)，所述超聲振動組件(5)包括超聲換能器(5-2)、連接在超聲換能器(5-2)前端的變幅桿(5-1)和連接在超聲換能器(5-2)上且用于帶動超聲換能器(5-2)運動的位移控制器(6)，所述變幅桿(5-1)伸入鑄模(4)的外壁內(nèi)，所述變幅桿(5-1)上套裝有與鑄模(4)和變幅桿(5-1)均密封連接的冷卻器(7)，所述鑄模(4)的上方設(shè)置有用于加熱熔融合金固體原料并向鑄模(4)內(nèi)澆鑄的母合金池(2)；

所述金屬凝固數(shù)據(jù)采集及控制器包括依次連接的聲信號采集電路(10)、計算機(11)、多路信號發(fā)生器(12)和多路信號放大器(13)，以及設(shè)置在鑄模(4)內(nèi)的聲壓傳感器組，所述聲壓傳感器組包括設(shè)置在鑄模(4)內(nèi)的變幅桿(5-1)發(fā)射端附近測量振動聲壓的多個第一聲壓傳感器(9)和布設(shè)在鑄模(4)內(nèi)且用于測量熔體內(nèi)的聲壓分布的多個第二聲壓傳感器(8)，所述第一聲壓傳感器(9)和第二聲壓傳感器(8)均與聲信號采集電路(10)連接；所述超聲換能器(5-2)與多路信號放大器(13)的輸出端連接，所述多路信號放大器(13)與計算機(11)連接；

所述變幅桿(5-1)的長度L的取值在盡量小的情況下滿足公式且滿足公式L₁·η₁+L₂·η₂＞k_L·(T_L-T_c)；其中，L₁為變幅桿(5-1)套裝有冷卻器(7)部分的長度，L₂為變幅桿(5-1)裸露在冷卻器(7)外部分的長度，m為倍數(shù)系數(shù)且m的取值為非0自然數(shù)，λ為變幅桿(5-1)內(nèi)的超聲波波長，k_L為變幅桿(5-1)的長度的取值安全系數(shù)，T_L為鑄模(4)內(nèi)熔體的最高溫度，T_c為超聲換能器(5-2)內(nèi)部振動晶體的失效溫度，η₁為變幅桿(5-1)套裝有冷卻器(7)部分的溫降系數(shù)，η₂為變幅桿(5-1)裸露在冷卻器(7)外部分的溫降系數(shù)。

2.按照權(quán)利要求1所述的可控聲場的浸入式三維超聲金屬凝固裝置，其特征在于：所述鑄模(4)為直四棱柱體形，所述超聲振動組件(5)設(shè)置在鑄模(4)外壁的三個正交方向上。

3.按照權(quán)利要求1所述的可控聲場的浸入式三維超聲金屬凝固裝置，其特征在于：所述位移控制器(6)包括絲杠底座(6-1)、連接在絲杠底座(6-1)上的絲杠(6-2)、螺紋連接在絲杠(6-2)上的絲杠螺母(6-3)和用于帶動絲杠(6-2)轉(zhuǎn)動的電機(6-4)，所述超聲換能器(5-2)連接在絲杠螺母(6-3)上。

4.按照權(quán)利要求1所述的可控聲場的浸入式三維超聲金屬凝固裝置，其特征在于：所述冷卻器(7)包括套裝在變幅桿(5-1)上且內(nèi)部含有冷卻水道(7-11)的冷卻套(7-1)，所述冷卻套(7-1)的內(nèi)壁與變幅桿(5-1)的外壁之間留有間隙且間隙內(nèi)填充有金屬導熱劑(7-2)，所述冷卻套(7-1)靠近鑄模(4)的一側(cè)設(shè)置有法蘭且通過法蘭與鑄模(4)的外壁面連接，所述冷卻套(7-1)與鑄模(4)相接觸的一側(cè)設(shè)置有用于密封變幅桿(5-1)、鑄模(4)和冷卻套(7-1)三者的間隙的阻熱密封墊(7-3)，所述冷卻套(7-1)的另一側(cè)設(shè)置有用于密封金屬導熱劑(7-2)的外密封墊(7-4)，所述冷卻套(7-1)上固定連接有用于壓緊外密封墊(7-4)的端蓋(7-5)。

5.按照權(quán)利要求1所述的可控聲場的浸入式三維超聲金屬凝固裝置，其特征在于：所述母合金池(2)的底部流出孔處連接有連通到鑄模(4)內(nèi)的澆鑄管道(3)，所述母合金池(2)內(nèi)放置有能夠塞住所述流出孔的塞桿(1)。

6.按照權(quán)利要求1所述的可控聲場的浸入式三維超聲金屬凝固裝置，其特征在于：所述變幅桿(5-1)伸入鑄模(4)的外壁內(nèi)的端面與鑄模(4)的內(nèi)壁面相平齊。