[发明专利]用于铁模覆砂生产线铸型的功率超声装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，涉及一种功率超声在铁模覆砂生产线铸型上应用的装置和方法。

背景技术

随着冶金技术的发展，一系列新技术不断出现，铸件组织均匀性得到了提高，虽然气体及杂质不断减少，但铸件质量远没有达到最高水准。为进一步提高铸件等金属制品的力学性能，异质形核剂、物理场处理、温度控制处理等一系列措施被不断地提出。其中，超声波处理技术是物理场处理技术中最有代表性的一种。

超声波的应用领域其实已经十分广泛，主要包括无损探伤、超声清理等基础研究。将超声波应用于金属熔炼领域主要是为了改善铸件组织、减少缺陷。利用超声波来处理熔体在金属冶炼领域已成为新的热点。

发明内容

本发明提供用于铁模覆砂生产线铸型的功率超声装置及方法，该装置可被广泛地应用于铁碳合金、镁铝合金的铸造过程中，可使合金在凝固过程受到功率超声的影响，使铸件成分均匀、组织细化，同时消除铸件内的宏观及微观偏析。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：用于铁模覆砂生产线铸型的功率超声装置，包括砂箱、箱轨、超声处理装置、超声处理装置架和轨道；砂箱位于箱轨上，并通过滑动方式在箱轨上水平移动；轨道与箱轨平行设置，用于浇注的进行及向砂箱施加功率超声；超声处理装置架放置于轨道上，并沿轨道水平移动；超声处理装置固定于超声处理装置架上，通过调整超声处理装置架高度使超声处理装置与砂箱壁紧密接触。

优选的，所述砂箱包括上砂箱和下砂箱，上砂箱和下砂箱内分别设置浇口、浇道及型腔，上砂箱与下砂箱合箱后放置于箱轨的轨道上，所述箱轨顶部设置滑轮A，下砂箱通过滑轮A与箱轨接触，通过滑轮A转动使砂箱移动。

优选的，所述超声处理装置架包括底座、滑轨、固定架、旋杆支架、手轮旋杆和滑轮B；滑轮B设置于底座底部两侧，通过滑轮B与轨道接触使底座沿轨道水平方向移动；滑轨固定于底座顶部，固定架设置于滑轨上；手轮旋杆依次穿过旋杆支架和固定架，通过旋转手轮旋杆使固定架带动超声处理装置靠近或远离砂箱运动。

优选的，所述的固定架由高竖板、低竖板和底板组成，高竖板和低竖板用于固定超声处理装置使超声处理装置垂直于砂箱的运动方向，且高竖板位于靠近砂箱的一侧，通过底板与滑轨的轨道相咬合，手轮旋杆通过螺纹与低竖板结合。

优选的，所述的超声处理装置包括超声波发生器、换能器、变幅杆和超声探头，所述的换能器设在固定架的高竖板和低竖板之间，超声波发生器位于低竖板一侧与换能器的一端连接，换能器的另一端与变幅杆连接，超声探头与变幅杆连接，通过移动超声处理装置使超声探头与砂箱紧密接触，完成超声波传递。

优选的，所述的滑轮B为四个。

本发明另一个目的请求保护上述装置的使用方法，该方法包括以下工序：

Ⅰ砂箱合箱工序：将砂箱的上砂箱与下砂箱的型腔内覆砂，然后将上砂箱与下砂箱上下放置合箱，并通过紧固件使上下砂箱紧密结合；

Ⅱ浇注工序：将已熔炼完成的金属液通过砂箱的浇口进行浇注，当金属液溢至浇口顶部以下5～10cm时停止浇注；

Ⅲ超声处理工序：将超声处理装置固定于超声处理装置架的固定架上，在轨道上移动超声处理装置架，使超声处理装置的超声探头处于与砂箱同一水平位置，转动手轮旋杆使超声处理装置沿滑轨靠近砂箱运动直至超声探头贴紧砂箱，超声探头可根据实际情况选择与上砂箱或下砂箱接触，开启超声处理装置，控制超声处理装置电流为0.5～1.5A、频率为15～25KHz，处理时间20～30S；处理完成后反向转动手轮旋杆使超声处理装置远离砂箱，然后关闭超声处理装置电源；

重复上述三道工序完成对生产线上多个砂箱的频率超声处理。

由此，通过上述方法，可以使金属液的凝固在超声波的作用下进行，也可以满足同一生产线的批量处理。

功率超声具有方向性好，穿透力强，易于获得较集中的声能等特点，具有独特的高能超声的声学效应，近年来高能超声处理作为一种新型的凝固组织细化工艺得到了广泛的关注和研究，该工艺操作简便、成本低廉。本发明通过对铸型施加功率超声处理，将超声波振动引入铸造金属凝固过程中，可使凝固铸锭晶粒、组织细化、成分均匀、有效去除气孔，同时消除了铸件内的各种缺陷，使铸件的宏观及微观偏析均得到改善。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)在金属液凝固过程中进行功率超声处理，可以使凝固铸锭晶粒细化、组织均匀、去除气孔，同时铸件的微观偏析得到改善，消除了铸件内的各种缺陷，提高金属铸件的质量。