基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備，包括模具型腔、保溫加熱器、沖頭、功率超聲發(fā)生器、模具冷卻系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器，模具型腔的腔壁中設(shè)有保溫加熱器，沖頭設(shè)于模具型腔上方，功率超聲發(fā)生器設(shè)于從具型腔的側(cè)面，模具型腔外周設(shè)有模具冷卻系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集器與模具型腔的腔壁外側(cè)連接。本實(shí)用新型原理簡(jiǎn)單，可提高擠壓鑄造的效率和速率，有效改善金屬熔體的組織形態(tài)和性能，也為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)搭建了平臺(tái)，實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)可以幫助深入實(shí)驗(yàn)分析。
【專利說(shuō)明】基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及金屬材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬制品(如鑄錠、鑄件等產(chǎn)品)的質(zhì)量直接取決于金屬熔體的質(zhì)量，因此在金屬材料的加工過程中，金屬熔體的成形工藝以及處理方法就顯得尤為重要。擠壓鑄造成形工藝與其他鑄造成形方法相比，所得到的鑄件組織具有均勻致密、力學(xué)性能優(yōu)良、表面光潔度和尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、家電、航空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域。
[0003]超聲波通常是指頻率高于2X 14Hz的聲波，按其用途可分為檢測(cè)超聲、功率超聲和醫(yī)學(xué)超聲。超聲波在媒質(zhì)中的傳播效應(yīng)主要可以歸結(jié)為:空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)、熱效應(yīng)和衰減效應(yīng)，其中空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)作用。研究表明，使用功率超聲處理金屬熔體，可以細(xì)化晶粒，促進(jìn)金屬熔體中的氣體形成氣泡并長(zhǎng)大上浮，可以促進(jìn)夾雜物的團(tuán)聚從而上浮，也有研究認(rèn)為可以將夾雜物進(jìn)行破碎實(shí)現(xiàn)彌散分布，以上原理都有助于提高金屬熔體的質(zhì)量。
[0004]目前已有的研究方法都集中于將超聲波工具桿浸入待處理的金屬熔體進(jìn)行超聲處理，采用該方法可以從一定程度上改善金屬熔體的質(zhì)量，但這種方法僅僅是對(duì)金屬熔體進(jìn)行單一物理場(chǎng)作用，并沒有結(jié)合擠壓鑄造的加工工藝展開研究，因此金屬熔體的質(zhì)量尚有提升的空間。
[0005]功率超聲導(dǎo)入金屬熔體的方式也分為直接導(dǎo)入和間接導(dǎo)入兩種，直接導(dǎo)入的方式受制于空間尺寸、可能會(huì)帶來(lái)污染等因素制約；間接導(dǎo)入超聲是將功率超聲施加于固定介質(zhì)，再通過介質(zhì)作用于金屬熔體，這樣導(dǎo)入，可能會(huì)引起超聲能量的損耗。目前有研究是將電流通過線圈產(chǎn)生電磁力，通過電磁力使得超聲波工具桿吸附在盛有金屬熔體的坩堝表面，采用該方法可以將功率超聲間接導(dǎo)入金屬熔體，但超聲的衰減規(guī)律比較復(fù)雜，無(wú)法進(jìn)行定量分析。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備，該設(shè)備為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)搭建了平臺(tái)，實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)可以幫助深入實(shí)驗(yàn)分析，得到更為準(zhǔn)確的結(jié)論。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備，包括模具型腔、保溫加熱器、沖頭、功率超聲發(fā)生器、模具冷卻系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器，金屬熔體置于模具型腔中，模具型腔的腔壁中設(shè)有保溫加熱器，沖頭設(shè)于模具型腔上方，功率超聲發(fā)生器穿過模具型腔的腔壁后，從模具型腔的側(cè)面插入金屬熔體中，模具型腔外周設(shè)有模具冷卻系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集器與模具型腔的腔壁外側(cè)連接。
[0008]所述功率超聲發(fā)生器包括依次連接的超聲波換能器、超聲波變幅桿和超聲波導(dǎo)入桿，超聲波導(dǎo)入桿的末端帶有桿尖，桿尖穿過模具型腔的腔壁后，從模具型腔的側(cè)面插入金屬熔體中。
[0009]所述超聲波導(dǎo)入桿與模具型腔腔壁的相接處設(shè)有密封機(jī)構(gòu)，通過端蓋固定于模具型腔的腔壁上，密封機(jī)構(gòu)包括模具側(cè)靜環(huán)、模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件、大氣側(cè)靜環(huán)、大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件、動(dòng)環(huán)座和密封蓋，模具側(cè)靜環(huán)和大氣側(cè)靜環(huán)分別位于密封設(shè)備的兩端，模具側(cè)靜環(huán)的外端面與端蓋相連接，模具側(cè)靜環(huán)的外圓柱面和大氣側(cè)靜環(huán)的外圓柱面分別與密封蓋相連接，模具側(cè)靜環(huán)、大氣側(cè)靜環(huán)和密封蓋之間形成密封空間，密封空間內(nèi)設(shè)有模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件、大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件和動(dòng)環(huán)座，模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件和大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件分別設(shè)于動(dòng)環(huán)座兩端。
[0010]密封機(jī)構(gòu)中，動(dòng)環(huán)座通過銷釘固定于超聲波導(dǎo)入桿上，模具側(cè)靜環(huán)的內(nèi)側(cè)面和大氣側(cè)靜環(huán)的內(nèi)側(cè)面分別通過靜環(huán)O型圈與超聲波導(dǎo)入桿相連接，模具側(cè)靜環(huán)的外端面通過防轉(zhuǎn)銷與端蓋固定連接；
[0011]密封蓋包括固定連接的左蓋和右蓋，左蓋壓緊于大氣側(cè)靜環(huán)的外周，右蓋壓緊于模具側(cè)靜環(huán)的外周，右蓋的外端面與端蓋相接，右蓋上設(shè)有泄壓孔；
[0012]模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件包括動(dòng)環(huán)、軸套和彈簧，動(dòng)環(huán)一端與模具側(cè)靜環(huán)的內(nèi)端面相接觸，動(dòng)環(huán)另一端通過彈簧與動(dòng)環(huán)座相連接，超聲波導(dǎo)入桿外周與彈簧的相接面上設(shè)有軸套，動(dòng)環(huán)內(nèi)側(cè)面通過動(dòng)環(huán)O型圈與超聲波導(dǎo)入桿相連接；
[0013]大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件的結(jié)構(gòu)與模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件的結(jié)構(gòu)對(duì)稱。
[0014]所述模具冷卻系統(tǒng)為水冷系統(tǒng)，包括冷卻水循環(huán)通道和板式水冷換熱器，模具型腔的腔壁外周設(shè)有冷卻水循環(huán)通道，冷卻水循環(huán)通道的進(jìn)水口和出水口分別與板式水冷換熱器連接。
[0015]所述數(shù)據(jù)采集器包括壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和單片機(jī)，模具型腔的腔壁外側(cè)開有多個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，壓力傳感器和溫度傳感器分別設(shè)于數(shù)據(jù)采集通道內(nèi)，壓力傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡與單片機(jī)連接，溫度傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡與單片機(jī)連接；單片機(jī)上設(shè)有串行通訊接口。其中，單片機(jī)可通過串行通訊接口擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；多個(gè)數(shù)據(jù)采集通道在模具型腔的腔壁外側(cè)呈圓周分布，各數(shù)據(jù)采集通道位于超聲波導(dǎo)入桿桿尖所在水平面上。
[0016]上述基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備中，通過對(duì)金屬熔體同時(shí)施加功率超聲波和壓力，利用二者對(duì)金屬熔體凝固組織的作用是互補(bǔ)和耦合增強(qiáng)的關(guān)系，從而改善金屬材料的組織形態(tài)和性能；同時(shí)，在金屬熔體冷卻后，通過數(shù)據(jù)采集器采集其溫度參數(shù)、壓力參數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)搭建了平臺(tái)，奠定基礎(chǔ)。
[0017]通過上述設(shè)備可實(shí)現(xiàn)一種基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造方法，包括以下步驟:
[0018](I)預(yù)熱擠壓鑄造設(shè)備的模具型腔；
[0019](2)將金屬熔體加熱至預(yù)設(shè)溫度后，澆入模具型腔中，同時(shí)開啟保溫加熱器，對(duì)模具型腔進(jìn)行保溫；
[0020](3)開啟功率超聲發(fā)生器，產(chǎn)生的超聲波對(duì)金屬熔體進(jìn)行功率超聲振動(dòng)，同時(shí)，液壓機(jī)的沖頭向金屬熔體施加壓力，功率超聲和壓力協(xié)同耦合作用，直至金屬熔體完全凝固，形成金屬固體；
[0021](4)開啟模具冷卻系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器，通過模具冷卻系統(tǒng)對(duì)模具型腔進(jìn)行冷卻，同時(shí)，數(shù)據(jù)采集器在模具型腔腔壁的外側(cè)面上采集相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并處理。
[0022]所述步驟(I)中，模具型腔的預(yù)熱溫度為250°C ；
[0023]所述步驟⑵中，金屬熔體的預(yù)設(shè)溫度為液相線以上10?100°C的溫度范圍；保溫加熱器對(duì)模具型腔進(jìn)行保溫時(shí)，模具型腔內(nèi)側(cè)面的溫度保持在500?550°C。
[0024]所述步驟(3)中，功率超聲發(fā)生器從模具型腔的側(cè)面插入金屬熔體中，對(duì)金屬熔體進(jìn)行功率超聲振動(dòng)，超聲波頻率為20KHz，超聲波功率為O?2200W ；
[0025]液壓機(jī)的沖頭由上至下向金屬熔體施加壓力，沖頭直接與金屬熔體相接觸，擠壓比壓為O?75MPa，擠壓速度為0.03?0.06m/s，保壓時(shí)間為30s。
[0026]所述功率超聲發(fā)生器中，通過超聲波導(dǎo)入桿的桿尖插入金屬熔體中，插入的深度為2?5mm ;功率超聲發(fā)生器使用前，超聲波導(dǎo)入桿的桿尖處涂抹脫模劑。
[0027]所述數(shù)據(jù)采集器中采集并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，先通過壓力傳感器和溫度傳感器采集相應(yīng)的壓力值和溫度值，然后通過數(shù)據(jù)采集卡將各壓力值和溫度值送至主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線和溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線。
[0028]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0029]本基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備原理簡(jiǎn)單，但可提高擠壓鑄造的效率和速率，有效改善金屬熔體的組織形態(tài)和性能，解決了單一物理場(chǎng)下處理金屬熔體效率不明顯的問題。在擠壓鑄造工藝中開辟了新思路，尤其是復(fù)合場(chǎng)的處理技術(shù)在擠壓鑄造技術(shù)上具有潛在的廣闊前景，通過該方法，可以同時(shí)處理大量金屬熔體，是一種適合工業(yè)化的規(guī)模處理方法，具有積極的技術(shù)推廣與應(yīng)用價(jià)值。
[0030]本基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備中，功率超聲通過工具桿直接作用于金屬熔體，使得導(dǎo)入的超聲能量無(wú)損失，避免間接導(dǎo)入引起的能量損耗；
[0031]通過保溫加熱器和模具冷卻系統(tǒng)的作用，可以使得模具型腔內(nèi)壁的溫度可控，避免金屬熔體澆注后過快凝固，同時(shí)也保證了實(shí)驗(yàn)效果的準(zhǔn)確性；
[0032]通過數(shù)據(jù)采集器可以在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)得到豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以幫助完善實(shí)驗(yàn)計(jì)劃以及后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析。
[0033]本基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低較低，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)在擠壓鑄造方面開辟了新的研究思路；功率超聲處理和擠壓鑄造成形工藝二者的結(jié)合具有潛在的廣闊前景，可用于金屬加工處理，機(jī)械制造等領(lǐng)域；可同時(shí)大量處理金屬熔體，適合工業(yè)化規(guī)模的應(yīng)用，具有積極的技術(shù)推廣和應(yīng)用價(jià)值。
[0034]本基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備中，在超聲波導(dǎo)入桿和模具型腔的連接處設(shè)置專用的密封機(jī)構(gòu)，可有效提高密封效果，特別是在高溫高壓的工作環(huán)境下，可有效保證模具型腔的密封性，防止金屬熔體發(fā)生噴濺和泄漏的現(xiàn)象，大大提高設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性；同時(shí)，密封蓋上所設(shè)的泄壓孔可外接廢氣排放管道，避免實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境造成的污染。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為本基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備的原理示意圖。
[0036]圖2為超聲波導(dǎo)入桿和模具型腔之間的密封機(jī)構(gòu)的半剖結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0038]實(shí)施例1
[0039]本實(shí)施例一種基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備，如圖1所示，包括模具型腔1、保溫加熱器2、沖頭3、功率超聲發(fā)生器、模具冷卻系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器20，金屬熔體置于模具型腔中，模具型腔的腔壁中設(shè)有保溫加熱器，沖頭設(shè)于模具型腔上方，功率超聲發(fā)生器穿過模具型腔的腔壁后，從模具型腔的側(cè)面插入金屬熔體中，模具型腔外周設(shè)有模具冷卻系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集器與模具型腔的腔壁外側(cè)連接。
[0040]功率超聲發(fā)生器包括依次連接的超聲波換能器5、超聲波變幅桿6和超聲波導(dǎo)入桿7，超聲波導(dǎo)入桿的末端帶有桿尖，桿尖穿過模具型腔的腔壁后，從模具型腔的側(cè)面插入金屬熔體中。
[0041]超聲波導(dǎo)入桿與模具型腔腔壁的相接處設(shè)有密封機(jī)構(gòu)8，通過端蓋19固定于模具型腔的腔壁上，如圖2所示，密封機(jī)構(gòu)包括模具側(cè)靜環(huán)9、模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件10、大氣側(cè)靜環(huán)
11、大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件12、動(dòng)環(huán)座13和密封蓋14，模具側(cè)靜環(huán)和大氣側(cè)靜環(huán)分別位于密封設(shè)備的兩端，模具側(cè)靜環(huán)的外端面與端蓋(圖2中為示出)相連接，模具側(cè)靜環(huán)的外圓柱面和大氣側(cè)靜環(huán)的外圓柱面分別與密封蓋相連接，模具側(cè)靜環(huán)、大氣側(cè)靜環(huán)和密封蓋之間形成密封空間，密封空間內(nèi)設(shè)有模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件、大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件和動(dòng)環(huán)座，模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件和大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件分別設(shè)于動(dòng)環(huán)座兩端。
[0042]密封機(jī)構(gòu)中，動(dòng)環(huán)座15通過銷釘固定于超聲波導(dǎo)入桿7上，模具側(cè)靜環(huán)的內(nèi)側(cè)面和大氣側(cè)靜環(huán)的內(nèi)側(cè)面分別通過靜環(huán)O型圈16與超聲波導(dǎo)入桿相連接，模具側(cè)靜環(huán)的外端面通過防轉(zhuǎn)銷與端蓋固定連接；
[0043]密封蓋包括固定連接的左蓋14-1和右蓋14-2，左蓋壓緊于大氣側(cè)靜環(huán)的外周，右蓋壓緊于模具側(cè)靜環(huán)的外周，右蓋的外端面與端蓋相接，右蓋上設(shè)有泄壓孔14-3 ；
[0044]模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件包括動(dòng)環(huán)10-1、軸套10-2和彈簧10-3，動(dòng)環(huán)一端與模具側(cè)靜環(huán)的內(nèi)端面相接觸，動(dòng)環(huán)另一端通過彈簧與動(dòng)環(huán)座相連接，超聲波導(dǎo)入桿外周與彈簧的相接面上設(shè)有軸套，動(dòng)環(huán)內(nèi)側(cè)面通過動(dòng)環(huán)O型圈10-4與超聲波導(dǎo)入桿7相連接；
[0045]大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件的結(jié)構(gòu)與模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件的結(jié)構(gòu)對(duì)稱，即大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件的各組成部件與模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件的各組成部件相同(包括尺寸大小、材質(zhì)等參數(shù))，大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件各組成部件之間的連接關(guān)系與模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件相比，呈對(duì)稱設(shè)置。
[0046]上述結(jié)構(gòu)的密封機(jī)構(gòu)中，模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件中的動(dòng)環(huán)和大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件中的動(dòng)環(huán)均采用WC硬質(zhì)合金，模具側(cè)靜環(huán)和大氣側(cè)靜環(huán)均采用石墨環(huán)材質(zhì)，各動(dòng)環(huán)、模具側(cè)靜環(huán)和大氣側(cè)靜環(huán)的平面度均控制在O?0.003mm，不允許有崩邊和劃傷的現(xiàn)象。密封蓋中，左蓋與大氣側(cè)靜環(huán)相接觸的一面設(shè)有石墨層，右蓋與模具側(cè)靜環(huán)相接觸的一面設(shè)有石墨層。超聲波導(dǎo)入桿和軸套之間設(shè)有0.03?0.05mm的過盈距離。其中，動(dòng)環(huán)O型圈可采用耐高溫的有機(jī)硅樹脂材料制得，0.03?0.05mm的過盈距離可保證超聲波導(dǎo)入桿和軸套之間力矩的可靠傳遞和良好的追隨性。
[0047]如圖1所示，模具冷卻系統(tǒng)為水冷系統(tǒng)，包括冷卻水循環(huán)通道21和板式水冷換熱器(圖1中未示出)，模具型腔的腔壁外周設(shè)有冷卻水循環(huán)通道，冷卻水循環(huán)通道的進(jìn)水口和出水口分別與板式水冷換熱器連接。
[0048]數(shù)據(jù)采集器20包括壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和單片機(jī)，模具型腔的腔壁外側(cè)開有多個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，壓力傳感器和溫度傳感器分別設(shè)于數(shù)據(jù)采集通道內(nèi)，壓力傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡與單片機(jī)連接，溫度傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡與單片機(jī)連接；單片機(jī)上設(shè)有串行通訊接口。其中，單片機(jī)可通過串行通訊接口擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；多個(gè)數(shù)據(jù)采集通道在模具型腔的腔壁外側(cè)呈圓周分布，各數(shù)據(jù)采集通道位于超聲波導(dǎo)入桿桿尖所在水平面上(各數(shù)據(jù)通道所設(shè)的位置如圖1中的標(biāo)號(hào)a、b、c所示)。其中，單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集器的主控單元，可采用89C51單片機(jī)；串行通訊接口采用RS232串行通訊接口。
[0049]上述基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備中，通過對(duì)金屬熔體同時(shí)施加功率超聲波和壓力，利用二者對(duì)金屬熔體凝固組織的作用是互補(bǔ)和耦合增強(qiáng)的關(guān)系，從而改善金屬材料的組織形態(tài)和性能；同時(shí)，在金屬熔體冷卻后，通過數(shù)據(jù)采集器采集其溫度參數(shù)、壓力參數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)搭建了平臺(tái)，奠定基礎(chǔ)。
[0050]實(shí)施例2
[0051]本實(shí)施例通過實(shí)施例1所述的設(shè)備實(shí)現(xiàn)一種基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造方法，包括以下步驟:
[0052](I)預(yù)熱擠壓鑄造設(shè)備的模具型腔，至模具型腔腔壁的內(nèi)側(cè)面溫度達(dá)到250°C ;模具型腔的材料為H13鋼，采用石墨機(jī)油潤(rùn)滑；
[0053](2)將金屬熔體加熱至預(yù)設(shè)溫度后，澆入模具型腔中，同時(shí)開啟保溫加熱器，對(duì)模具型腔進(jìn)行保溫(其保溫時(shí)間為功率超聲和壓力協(xié)同耦合作用的整個(gè)過程，直至金屬熔體凝固形成金屬固體為止，一般可為1s?60s)；
[0054]其中，金屬熔體的預(yù)設(shè)溫度為液相線以上10?100°C的溫度范圍；保溫加熱器對(duì)模具型腔進(jìn)行保溫時(shí)，模具型腔內(nèi)側(cè)面的溫度保持在500?550°C ；
[0055](3)開啟功率超聲發(fā)生器，產(chǎn)生的超聲波對(duì)金屬熔體進(jìn)行功率超聲振動(dòng)，同時(shí)，液壓機(jī)的沖頭向金屬熔體施加壓力，功率超聲和壓力協(xié)同耦合作用，直至金屬熔體完全凝固，形成金屬固體；
[0056]其中，液壓機(jī)的沖頭由上至下向金屬熔體施加壓力，沖頭的壓力由100kN四柱液壓機(jī)提供，沖頭直接與金屬熔體相接觸，擠壓比壓為75MPa，擠壓速度為0.06m/s，保壓時(shí)間為 30s ；
[0057]功率超聲發(fā)生器從模具型腔的側(cè)面插入金屬熔體中，對(duì)金屬熔體進(jìn)行功率超聲振動(dòng)，超聲波頻率為20KHz，超聲波功率為O?2200W ;功率超聲發(fā)生器中，通過超聲波導(dǎo)入桿的桿尖插入金屬熔體中，插入的深度為2?5mm ;功率超聲發(fā)生器使用前,超聲波導(dǎo)入桿的桿尖處涂抹脫模劑；
[0058]超聲波變幅桿的長(zhǎng)度是超聲波在金屬熔體內(nèi)傳播的縱波的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，超聲波變幅桿由鈦合金材料制得，其長(zhǎng)度為127mm ;超聲波變幅桿在使用前需要預(yù)熱一段時(shí)間，超聲波換能器在使用的過程中可外接超聲波空氣冷卻系統(tǒng)(如圖1中的標(biāo)號(hào)18)進(jìn)行冷卻，防止超聲波換能器過熱；
[0059](4)開啟模具冷卻系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器，通過模具冷卻系統(tǒng)對(duì)模具型腔進(jìn)行冷卻，同時(shí)，數(shù)據(jù)采集器在模具型腔腔壁的外側(cè)面上采集相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并處理；
[0060]數(shù)據(jù)采集器中采集并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，先通過壓力傳感器和溫度傳感器采集相應(yīng)的壓力值和溫度值，然后通過數(shù)據(jù)采集卡將各壓力值和溫度值送至主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線和溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線。
[0061]如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍；即凡依本實(shí)用新型內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本實(shí)用新型權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備，其特征在于，包括模具型腔、保溫加熱器、沖頭、功率超聲發(fā)生器、模具冷卻系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器，金屬熔體置于模具型腔中，模具型腔的腔壁中設(shè)有保溫加熱器，沖頭設(shè)于模具型腔上方，功率超聲發(fā)生器穿過模具型腔的腔壁后，從模具型腔的側(cè)面插入金屬熔體中，模具型腔外周設(shè)有模具冷卻系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集器與模具型腔的腔壁外側(cè)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備，其特征在于，所述功率超聲發(fā)生器包括依次連接的超聲波換能器、超聲波變幅桿和超聲波導(dǎo)入桿，超聲波導(dǎo)入桿的末端帶有桿尖，桿尖穿過模具型腔的腔壁后，從模具型腔的側(cè)面插入金屬熔體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備，其特征在于，所述超聲波導(dǎo)入桿與模具型腔腔壁的相接處設(shè)有密封機(jī)構(gòu)，通過端蓋固定于模具型腔的腔壁上，密封機(jī)構(gòu)包括模具側(cè)靜環(huán)、模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件、大氣側(cè)靜環(huán)、大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件、動(dòng)環(huán)座和密封蓋，模具側(cè)靜環(huán)和大氣側(cè)靜環(huán)分別位于密封設(shè)備的兩端，模具側(cè)靜環(huán)的外端面與端蓋相連接，模具側(cè)靜環(huán)的外圓柱面和大氣側(cè)靜環(huán)的外圓柱面分別與密封蓋相連接，模具側(cè)靜環(huán)、大氣側(cè)靜環(huán)和密封蓋之間形成密封空間，密封空間內(nèi)設(shè)有模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件、大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件和動(dòng)環(huán)座，模具側(cè)動(dòng)環(huán)組件和大氣側(cè)動(dòng)環(huán)組件分別設(shè)于動(dòng)環(huán)座兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備，其特征在于，所述模具冷卻系統(tǒng)為水冷系統(tǒng)，包括冷卻水循環(huán)通道和板式水冷換熱器，模具型腔的腔壁外周設(shè)有冷卻水循環(huán)通道，冷卻水循環(huán)通道的進(jìn)水口和出水口分別與板式水冷換熱器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于功率超聲與壓力耦合的擠壓鑄造設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集器包括壓力傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和單片機(jī)，模具型腔的腔壁外側(cè)開有多個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，壓力傳感器和溫度傳感器分別設(shè)于數(shù)據(jù)采集通道內(nèi)，壓力傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡與單片機(jī)連接，溫度傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡與單片機(jī)連接；單片機(jī)上設(shè)有串行通訊接口。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK203982386SQ201420357616
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】張楊, 張衛(wèi)文, 張大童, 羅宗強(qiáng), 羅執(zhí) 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)