CN103894560A - 一种用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆 - Google Patents
一种用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103894560A CN103894560A CN201310524455.9A CN201310524455A CN103894560A CN 103894560 A CN103894560 A CN 103894560A CN 201310524455 A CN201310524455 A CN 201310524455A CN 103894560 A CN103894560 A CN 103894560A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ultrasonic
- horn
- aluminum alloy
- amplitude transformer
- sleeve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 13
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 4
- 230000026683 transduction Effects 0.000 abstract 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012761 high-performance material Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超声变幅杆的设计，适用于铝合金半连续铸造。主要特点如下：1)能有效地将超声能量传递到铝合金熔体中，在高温熔体中能稳定正常工作；2)能使超声能量的强度在凝固前沿尽可能均匀一致；3)与超声换能系统匹配；4)维护方便，能实现标准化和系列化。本发明结构紧凑，传输作用范围广，能满足大规格铝合金铸造的要求，具有广泛推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于大规格铝合金铸造要求的超声变幅杆，该变幅杆为可以用于实验条件以及工业生产的机械装置， 且方法操作与维护方便，能实现标准化和系列化。
背景技术
航空航天运载装备是国际竞争的制高点，是国家核心科技实力的综合体现，是引领和支撑国民经济发展，巩固国防、维护国家安全的强有力保障。但是目前，我国高性能材料的制造能力与需求存在差距，制造能力还不能满足航空航天运载装备服役性能跨越式发展要求。而且随着激烈的国际竞争，这种差距就愈加凸显。
目前虽然已能试制出厚度达600mm的高合金（7B50合金）锭坯，但在尺寸规格上仍未达到相关战略工程所需的800mm厚锭坯的要求，并且锭坯的性能质量存在较大的差距。因此，超高强合金大规格锭坯的成形成性问题仍是大型复杂高性能构件制造的重要瓶颈。
而超声场应用于材料的凝固过程可以获得常规铸造时所无法比拟的工艺效果，从而可以获得高品质的铸造产品。同时，超声波传导装备简单、操作方便、且对环境无污染，因而这一技术受到了高度重视。但目前传统的变幅杆结构端面为平面，超声波能量基本沿着变幅杆长度方向垂直于端面传递，导致超声波传输作用范围有限，不能满足大规格铝合金铸造的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种扩大超声场的作用范围、提高超声铸造的作用效果的用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆。
为了解决上述技术问题，本发明提供的适用于大规格铝合金铸造的超声变幅杆，如图1所示，其特征在于：变幅杆设计外观为锤形平端面。
采用上述技术方案的用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆，将变幅杆的工作前端面加工成平面，沿垂直方向入射的声波传到圆柱体的平端面时，对于铝熔体而言，分界面的声波是垂直入射的，超声波的辐射强度明显增大。
本发明是一种集超声技术，金属凝固技术、振动技术于一体的综合性技术，是一种高性能铝合金大规格铸锭铸造过程中细化铸造组织，提高力学性能，消减裂纹的装置。能有效地将超声能量传递到铝合金熔体中，在高温熔体中能稳定正常工作；能使超声能量的强度在凝固前沿尽可能均匀一致；与超声换能系统匹配；维护方便，能实现标准化和系列化。
本发明显著扩大了超声场的作用强度，适用于大规格铝合金铸锭的半连续铸造及连续铸造，具有广泛推广应用价值。
综上所述，本发明是一种扩大超声场的作用范围、提高超声铸造的作用效果的用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是原有超声铸造声波传导示意图。
图3是本发明的超声铸造声波传导示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
参见图1，该装置在高强铝合金半连续铸造时加入超声波外场，利用超声波对晶粒尺寸、溶质分布、表面质量及裂纹进行控制，以达到减少锭坯内部热应力，消除内部裂纹，获得优质大规格铸锭的目的。其中超声加工装置的性能尤其关键，它主要由超声波发生器9，换能器1，定位夹具2，位移操作台8，变幅杆3，热电偶6和温度控制记录仪7组成，变幅杆3的工作前端面为平面5，变幅杆的作用是将高频电信号转换为机械振动，并将机械振动的位移或速度进行放大，使能量集中在较小的辐射面上，其声学特性对整个超声加工装置非常重要。
参见图2，原有变幅杆3的工作前端面为平面，变幅杆3中的入射波沿 
轴负向传递到变幅杆3的端面时，由于变幅杆3与铝合金熔体4的特性阻抗不同，声波将继续沿
轴负向透射进铝合金熔体4中。对于声波垂直入射而言，声能利用率较高（
），处理小型铸锭，在空化及声流搅拌作用下，可以达到良好的效果，对于超声铸造生产较大规格铸锭时，为了扩大超声波的作用范围，则可以在不同位置引入多套超声振动系统。
由于铝合金熔体4流体没有固定形状，其边界形状主要取于所接触的介质外形，对于变幅杆-铝合金熔体系统，变幅杆3的工作前端面形状决定了分界面形状，从而也决定了分界面处声波的传播方向。将变幅杆3的工作前端面加工成平面5，如图3所示，沿垂直方向入射的声波传到变幅杆3的平面5时，对于铝合金熔体4而言，分界面的声波是垂直入射的，声波的辐射强度明显增大。
变幅杆3的端面加工成平面5，显著扩大了超声场的作用强度，适用于大规格铝合金铸锭的半连续铸造及连续铸造，具有广泛推广应用价值。
Claims (3)
1.一种适用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆，包括超声波发生器与超声波传递装置，其特征在于它是由冷却风扇（1）、套筒（2）、法兰盘（3）、紧固块（4）、垫片（5）、超声波换能器（6）、波导杆（7）、变幅杆（8）、工具头（9）、螺栓（10）、螺钉（11）组成；所述冷却风扇通过螺钉固定在套筒固上端，所述法兰盘通过螺钉固定在套筒下端；所述超声波换能器放置在套筒内，通过紧固块与法兰盘固定在一起；所述波导杆通过螺栓与超声波换能器固定在一起；所述变幅杆通过螺栓与波导杆固定子一起；所述工具头通过螺栓与变幅杆固定在一起。
2.根据权利要求1 中所述的超声波传递装置，其特征在于：超声波通过波导杆（7）、变幅杆（8）、工具头（9）三者传递到铝液中。
3.根据权利要求1中所述超声波发生装置，其特征在于：通过压电陶瓷与电极片的压电效应将220V工作电压输出的电能转换为超声波机械能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310524455.9A CN103894560A (zh) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 一种用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310524455.9A CN103894560A (zh) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 一种用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103894560A true CN103894560A (zh) | 2014-07-02 |
Family
ID=50986308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310524455.9A Pending CN103894560A (zh) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 一种用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103894560A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104439204A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-03-25 | 广西大学 | 一种基于超声波的金属型铸造成型装置 |
| CN105522131A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-04-27 | 吉林大学 | 一种镁合金棒材功率超声半连续铸造及探伤装置和方法 |
| CN108348993A (zh) * | 2015-09-10 | 2018-07-31 | 南线有限责任公司 | 用于金属铸造的超声晶粒细化和脱气程序及系统 |
| CN112404381A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-02-26 | 中科雷舜智能科技(宁波)有限公司 | 一种超声振动分流装置 |
| CN112974744A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-06-18 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种铝合金铸锭的制作装置及制作方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02295640A (ja) * | 1989-05-08 | 1990-12-06 | Kobe Steel Ltd | 高温強度が優れたアルミニウム合金の製造方法 |
| CN101234420A (zh) * | 2008-03-05 | 2008-08-06 | 辽宁工业大学 | 超声波压缩成型铸造法及其专用设备 |
| CN102554195A (zh) * | 2011-12-31 | 2012-07-11 | 大连理工大学 | 一种真空下处理高温金属熔体的功率超声装置及方法 |
| CN202516758U (zh) * | 2012-05-06 | 2012-11-07 | 安徽工业大学 | 一种超声波变幅杆与工具头的连接装置 |
-
2013
- 2013-10-31 CN CN201310524455.9A patent/CN103894560A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02295640A (ja) * | 1989-05-08 | 1990-12-06 | Kobe Steel Ltd | 高温強度が優れたアルミニウム合金の製造方法 |
| CN101234420A (zh) * | 2008-03-05 | 2008-08-06 | 辽宁工业大学 | 超声波压缩成型铸造法及其专用设备 |
| CN102554195A (zh) * | 2011-12-31 | 2012-07-11 | 大连理工大学 | 一种真空下处理高温金属熔体的功率超声装置及方法 |
| CN202516758U (zh) * | 2012-05-06 | 2012-11-07 | 安徽工业大学 | 一种超声波变幅杆与工具头的连接装置 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 李晓谦等: "超声施振深度和冷却方式对纯铝凝固组织的影响", 《北京理工大学学报》, vol. 28, no. 4, 30 April 2008 (2008-04-30), pages 290 - 293 * |
| 杨志斌: "旋转超声加工装置的设计与新型变幅杆的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 10, 15 October 2008 (2008-10-15), pages 022 - 177 * |
| 蒋日鹏: "超声振动系统性能分析及铝合金超声铸造试验研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 1, 15 January 2009 (2009-01-15), pages 022 - 185 * |
| 蒋日鹏等: "超声铸造工具杆端面优化设计及模态分析", 《机械设计》, vol. 25, no. 6, 30 June 2008 (2008-06-30), pages 62 - 64 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104439204A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-03-25 | 广西大学 | 一种基于超声波的金属型铸造成型装置 |
| CN108348993A (zh) * | 2015-09-10 | 2018-07-31 | 南线有限责任公司 | 用于金属铸造的超声晶粒细化和脱气程序及系统 |
| CN105522131A (zh) * | 2016-02-02 | 2016-04-27 | 吉林大学 | 一种镁合金棒材功率超声半连续铸造及探伤装置和方法 |
| CN112404381A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-02-26 | 中科雷舜智能科技(宁波)有限公司 | 一种超声振动分流装置 |
| CN112974744A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-06-18 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种铝合金铸锭的制作装置及制作方法 |
| CN112974744B (zh) * | 2021-05-12 | 2021-09-14 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种铝合金铸锭的制作装置及制作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11110513B2 (en) | Combined ultrasonic micro-forging device for improving microstructure and mechanical properties of additive manufactured metal parts, and a related additive manufacturing method | |
| CN101658921B (zh) | 一种金属悬浮液超声场强耦合悬浮驱动装置及其使用方法 | |
| CN103894560A (zh) | 一种用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆 | |
| CN107812942A (zh) | 一种双超声辅助激光增材制造装置及方法 | |
| CN109158598B (zh) | 一种激光选区熔化成形设备及方法 | |
| CN102062543A (zh) | 一种黑色金属半固态浆料制备的电磁搅拌与振动复合装置 | |
| CN106733571B (zh) | 单激励纵弯复合振动超声换能器 | |
| CN104086184A (zh) | 一种超声辅助激光近净成形陶瓷件的方法 | |
| CN103132071A (zh) | 一种激光修复用超声振动耦合装置 | |
| CN115647563B (zh) | 一种随动锤击式搅拌摩擦增材制造装置及方法 | |
| CN106424630A (zh) | 复杂薄壁类铝合金件超声辅助半固态压铸成型装置及方法 | |
| CN116021037A (zh) | 一种滚珠式超声微锻造辅助增材制造装置 | |
| CN102990026A (zh) | 一种铜合金板带水平连铸用施加超声场的装置及其方法 | |
| CN211170898U (zh) | 一种微轧制和超声波辅助的激光熔覆装置 | |
| CN104015244B (zh) | 一种激光近净成形Al2O3陶瓷结构件的方法 | |
| CN206153526U (zh) | 一种复杂薄壁类铝合金件超声辅助半固态压铸成型装置 | |
| CN106475538A (zh) | 一种合金钢的超声‑电磁连续铸造方法 | |
| CN204565082U (zh) | 一种超声波辅助的斜槽法半固态流变成形装置 | |
| CN104384483B (zh) | 一种处理高温熔体的超声波导入装置 | |
| CN103817176B (zh) | 双点异面振动增量成形装置 | |
| CN103447506B (zh) | 低熔点合金超声搅拌复合熔炼设备 | |
| Han et al. | Grain refining of pure aluminum | |
| CN203144513U (zh) | 一种激光修复用超声振动耦合装置 | |
| CN104190906B (zh) | 一种无污染高效细化钛铝合金装置 | |
| CN106513640B (zh) | 一种合金钢的超声波模铸方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140702 |