15kHz超聲鑄造振動系統(tǒng)設(shè)計及其試驗研究.pdf

1、功率超聲產(chǎn)生的空化、聲流、機(jī)械等非線性效應(yīng)可以使物質(zhì)的一些物理、化學(xué)、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(jī)械性能。鋁合金鑄造過程中引入超聲場是當(dāng)前研究的熱點及未來鑄造技術(shù)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(jìn)行了研究：
　　 1．結(jié)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(zhì)。根據(jù)任意變截面的波動方程及振動系統(tǒng)的設(shè)計原理，建

2、立了換能器和變幅桿結(jié)構(gòu)的物理和數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上對15kHz的超聲振動系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)換能器、前后端蓋、變幅桿和工具桿進(jìn)行了設(shè)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(yīng)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(jié)果與仿真結(jié)果一致，說明了設(shè)計和有限元模型建立的合理性。
　　 3．應(yīng)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(yīng)用不同超聲振動系統(tǒng)分別進(jìn)行水模擬實驗和7050鋁合金超聲鑄造試驗。試驗結(jié)果表明：15kHz超聲振動系統(tǒng)在液體中作用效果比20kHz強(qiáng)烈；在鋁熔體中導(dǎo)入功率超聲對鋁合金凝固組織有較好的細(xì)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(xì)化作用效果較20kHz的更明顯，晶粒更均勻和細(xì)化。且隨著超聲功率的增加，晶粒細(xì)化效果越明