一种用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆的制作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种用于铝合金半连续铸造的超声变幅杆
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]目前虽然已能试制出厚度达600mm的高合金(7B50合金)锭还,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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
【专利附图】
【附图说明】[0011]图1是本发明结构示意图。
[0012]图2是原有超声铸造声波传导示意图。
[0013]图3是本发明的超声铸造声波传导示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0015]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I，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。
[0016]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Jr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(h = 0 7S7 )，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。
[0017]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。
[0018]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。
【权利要求】
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(I)、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。
【文档编号】B22D11/10GK103894560SQ201310524455
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】蒋日鹏, 李晓谦, 张立华, 张雪 申请人:中南大学