[发明专利]实时调控的壁面共振超声金属凝固装置与方法

权利要求书

1.一种实时调控的壁面共振超声金属凝固装置，其特征在于：包括金属凝固装置本体和金属凝固数据采集及控制器，所述金属凝固装置本体包括从顶部浇注的铸模(8)和压紧铸模(8)外壁设置的超声振动组件(3)，所述铸模(8)的外壁上还设置有与超声振动组件(3)形成对抗力以防止铸模(8)发生移动的止推杆(4)；所述铸模(8)的上方设置有用于熔融合金固体原料并向铸模(8)内浇注的熔炼坩埚(13)；

所述金属凝固数据采集及控制器包括依次连接的传感器组、信号采集电路组、计算机(14)、变频信号发生器(1)和信号放大器(2)，所述传感器组包括布设在铸模(8)外壁面上的振动传感器(5)、以及设置在铸模(8)内的温度传感器(6)和声压传感器(7)，所述信号采集电路组包括振动信号采集电路(9)、温度信号采集电路(11)和声信号采集电路(10)，所述振动传感器(5)与振动信号采集电路(9)连接，所述温度传感器(6)与温度信号采集电路(11)连接，所述声压传感器(7)与声信号采集电路(10)连接；所述超声振动组件(3)与信号放大器(2)的输出端连接，所述信号放大器(2)与计算机(14)连接；

所述超声振动组件(3)包括滑动导向支座(3-3)、超声换能器(3-2)、变幅杆(3-1)和用于带动超声换能器(3-2)在滑动导向支座(3-3)上前后运动的气缸(3-5)，所述超声换能器(3-2)连接在滑动导向支座(3-3)上且能够在滑动导向支座(3-3)上前后运动，所述超声换能器(3-2)与信号放大器(2)的输出端连接，所述变幅杆(3-1)连接在超声换能器(3-2)的前端且用于压紧铸模(8)的外壁，所述超声换能器(3-2)的后端连接有压力传感器(3-4)，所述压力传感器(3-4)与气缸(3-5)的活塞推杆(3-6)连接；所述金属凝固数据采集及控制器还包括压力记录仪(3-7)和气压控制器(3-8)，所述压力传感器(3-4)的输出端与压力记录仪(3-7)的输入端连接，所述压力记录仪(3-7)的输出端与计算机(14)的输入端连接，所述气压控制器(3-8)的输入端与计算机(14)的输出端连接，所述气缸(3-5)与气压控制器(3-8)的输出端连接；

所述变幅杆(3-1)的材质选取时需要满足变幅杆(3-1)的蠕变温度T_r高于浇铸后铸模(8)外表面的最高温度T_w；所述变幅杆(3-1)的长度L的取值在尽量小的情况下满足公式且满足公式L＞k_L·(T_w-ΔT_i-T_c)/η；其中，m为倍数系数且m的取值为非0自然数，λ为变幅杆(3-1)内的超声波波长，k_L为变幅杆(3-1)的长度的取值安全系数，ΔT_i为铸模(8)与变幅杆(3-1)头部传输温度损耗，T_c为超声换能器(3-2)内部振动晶体的失效温度，η为变幅杆(3-1)的温降系数。

2.按照权利要求1所述的实时调控的壁面共振超声金属凝固装置，其特征在于：所述铸模(8)、超声振动组件(3)和止推杆(4)的空间位置关系为：当所述铸模(8)的外轮廓形状为具有平行的正对平面的形状时，所述止推杆(4)的数量为一个且设置在铸模(8)的外壁上与设置超声振动组件(3)正对的平面上；当铸模(8)的外轮廓形状为不具有平行的正对平面的形状时，所述止推杆(4)的数量为两个，所述超声振动组件(3)和两个止推杆(4)的空间位置关系满足任意一个所在的垂直面均将其他两个分隔在该垂直面的两侧。