15kHz超聲鑄造振動系統(tǒng)設計及其試驗研究.pdf

1、功率超聲產生的空化、聲流、機械等非線性效應可以使物質的一些物理、化學、生物特性或狀態(tài)發(fā)生改變。金屬凝固過程中施加功率超聲可以有效地改善鑄錠凝固組織，提高材料特性和機械性能。鋁合金鑄造過程中引入超聲場是當前研究的熱點及未來鑄造技術的一個新發(fā)展方向。本文主要以7050鋁合金超聲鑄造為切入點，主要從以下幾方面進行了研究：
　　 1．結合鋁合金鑄造的特點，確定了換能器和變幅桿的類型和材質。根據(jù)任意變截面的波動方程及振動系統(tǒng)的設計原理，建

2、立了換能器和變幅桿結構的物理和數(shù)學模型。在此基礎上對15kHz的超聲振動系統(tǒng)的主要結構換能器、前后端蓋、變幅桿和工具桿進行了設計。
　　 2．在ANSYS有限元分析軟件中建立了15kHz超聲振動系統(tǒng)有限元模型，并通過模態(tài)分析計算得出該系統(tǒng)的主要動態(tài)性能。應用多普勒測振儀測量了該超聲波振動系統(tǒng)的縱向諧振頻率、位移振幅等主要性能參數(shù)。實驗結果與仿真結果一致，說明了設計和有限元模型建立的合理性。
　　 3．應用恒流量熱法，分別

3、測量了15kHz和20kHz超聲振動系統(tǒng)的實際輸出功率及其在液體中能量的規(guī)律。應用不同超聲振動系統(tǒng)分別進行水模擬實驗和7050鋁合金超聲鑄造試驗。試驗結果表明：15kHz超聲振動系統(tǒng)在液體中作用效果比20kHz強烈；在鋁熔體中導入功率超聲對鋁合金凝固組織有較好的細化效果，晶粒組織均有粗大的枝狀晶變成均勻的等軸晶。在相同的條件下，15kHz對鋁合金的細化作用效果較20kHz的更明顯，晶粒更均勻和細化。且隨著超聲功率的增加，晶粒細化效果越明