一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置

本发明属于超声辅助下料，尤其涉及一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置。

背景技术：

1、在如生物医学、陶瓷、结构和电子等技术领域，其使用的复合异性材料通常具有极高的粘性，这种高粘度材料在管道内，特别是极细小的管道中，会与管道内表面产生巨大的摩擦力，从而会减弱其流动性，甚至不能流动，正是因为如此，这类材料在用于浇注特定产品时，会因为喷嘴处高粘材料堵塞或者流速不均匀，而导致无法浇注或保持连续浇注。采用高挤出压力克服流动阻力是目前高粘度材料下料过程中使材料流动的主要方式。依靠挤压力驱动材料流动的主要执行设备包括螺杆挤压机和活塞驱动。但对于高固含量复合材料，高压力可能造成粘合剂和固体粒子在运动过程中的分离，固体粒子的集聚将影响材料性质的均匀。由于下料头流道的几何尺寸变化，高压力也会导致材料局部产生高的拉应力或大的剪切变形，高的拉应力使得挤出的材料在下料头中发生断裂，大的剪切变形对剪变形敏感的含能材料存在安全隐患。采用辅助设备进行降粘激励逐渐成为研究的重要方向之一。

2、超声波技术是一门以物理、电子、机械以及材料为基础的高新技术之一，已在工业、化工、医学、石油化工等领域得到了广泛应用。当超声波作用于高粘度流体时，微观上，高频微振动可以增加聚合物高分子链之间的相互摩擦，产生粘性耗散热，不断对聚合物熔体挤压和拉伸，降低分子链之间的相互作用力；宏观上，由于空化效应，降低了高粘度流体的黏度，增加材料的流动特性，从而可以降低挤出系统中堵管现象发生的概率。

3、在公告号为cn112171847a的中国专利中公开了一种超声辅助3d打印混凝土，该装置不仅增加了混凝土材料打印过程中的尺寸稳定性和后期强度，还可以改善其流变性和触变性，降低打印材料的黏度，优化打印质量。但是该装置难以拆卸，难以清理，容易存在积料风险；喷嘴作为超声工具头制成一体，应力集中位于竖孔与横孔的交界处，极易出现裂纹进而无法正常工作；振动节点位置接近喷嘴中心，既降低了振幅的放大程度，导致超声振动效果差，又增加了变幅杆的放大程度设计难度，对整体结构设计不友好，因此急需开发一种新型的高粘度流体浇注装置。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中因装置不便于拆卸维护，容易损坏无法正常工作以及振动效果差，装置难以设计的问题，本发明提供一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置。

2、本发明采用以下技术方案实现：一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置，包括框架、下料组件以及超声激励组件；

3、所述下料组件包括固定安装在框架顶部一侧的料斗固定板，固定安装在所述料斗固定板上的料斗本体，以及设置在料斗本体底部并垂直贯穿所述料斗固定板的出料管；

4、所述超声激励组件包括在水平方向上依次连接的超声工具头、超声变幅杆以及超声换能器，所述超声工具头远离所述超声变幅杆的一端上开设有安装槽，所述超声工具头通过所述安装槽与所述出料管底端连接；

5、所述超声激励组件还包括超声发生器，所述超声发生器以与所述超声换能器垂直间隔的方式安装在框架上。

6、作为上述方案的进一步改进，所述料斗本体通过第一法兰安装于所述料斗固定板上，所述料斗本体的第一法兰以及料斗固定板上均匀分布有多个定位销钉孔，所述定位销钉孔的内部插设有定位销钉。

7、作为上述方案的进一步改进，所述料斗本体的底部为漏斗状，所述料斗本体底部的出口与出料管的入口相连通；所述料斗本体顶部具有料斗盖，所述料斗盖与所述料斗本体之间通过密封槽连接，所述料斗盖的顶部开设有加压口。

8、作为上述方案的进一步改进，所述出料管的出口处螺纹连接有超声辅助喷嘴，所述超声辅助喷嘴安装在所述安装槽中且所述超声辅助喷嘴的外壁与所述安装槽之间留设有0.5-1mm的间隙。

9、作为上述方案的进一步改进，所述超声辅助喷头为阶梯管，所述出料管的通道横截面为圆形，所述出料管为透明亚克力管。

10、作为上述方案的进一步改进，所述超声变幅杆为二分之一波长的纵振变幅杆，所述超声变幅杆的输入端与所述超声换能器连接，所述超声变幅杆的输出端与所述超声工具头连接。

11、作为上述方案的进一步改进，所述超声变幅杆的输入端与输出端之间通过凸缘以及第二法兰连接，所述凸缘和第二法兰通过一对超声固定板垂直固定于框架内部的支撑架上，所述一对超声固定板中部分别开设有用于安装固定所述凸缘和法兰的夹紧内壁和定位圈。

12、作为上述方案的进一步改进，所述料斗固定板在框架顶部一侧垂直对应的框架底部上固定安装有称量器。

13、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

14、1、本发明的浇注装置整体装配简便，方便维修，易拆卸，易清理，造价低廉，在浇注时通过超声振动能够防止下料堵塞的情况发生，有效的提高了浇注效率，保证了装置能够持续稳定地进行出料。

15、2、本发明通过入料口加压与超声激励参数耦合进行浇注，便于协调背压过高或振动频率过高产生的不良影响，提高了装置浇注过程的精确性。

16、3、本发明通过在出料口底部设置超声辅助喷头，且超声辅助喷头与超声工具头进行间隙安装，利用多场耦合实现超声振动的传递，避免了因直接接触摩擦造成的剧烈温升而影响激励结果的问题。

17、4、本发明的浇注装置还可用于不同粘度流体的速度场等piv分析，研究超声激励下料的微观机理，增加了应用范围。

18、5、本发明的超声变幅杆作为超声激励组件的中部，其自身中部的凸缘以及法兰通过超声固定板稳固，进一步提高了超声激励组件激励过程的稳定性。

技术特征：

1.一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置，其特征在于，包括框架、下料组件以及超声激励组件；

2.根据权利要求1所述的一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置，其特征在于，所述料斗本体通过第一法兰安装于所述料斗固定板上，所述料斗本体的第一法兰以及料斗固定板上均匀分布有多个定位销钉孔，所述定位销钉孔的内部插设有定位销钉。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置，其特征在于，所述料斗本体的底部为漏斗状，所述料斗本体底部的出口与出料管的入口相连通；所述料斗本体顶部具有料斗盖，所述料斗盖与所述料斗本体之间通过密封槽连接，所述料斗盖的顶部开设有加压口。

4.根据权利要求1所述的一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置，其特征在于，所述出料管的出口处螺纹连接有超声辅助喷嘴，所述超声辅助喷嘴安装在所述安装槽中且所述超声辅助喷嘴的外壁与所述安装槽之间留设有0.5-1mm的间隙。

5.根据权利要求1所述的一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置，其特征在于，所述超声辅助喷头为阶梯管，所述出料管的通道横截面为圆形，所述出料管为透明亚克力管。

6.根据权利要求1所述的一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置，其特征在于，所述超声变幅杆为二分之一波长的纵振变幅杆，所述超声变幅杆的输入端与所述超声换能器连接，所述超声变幅杆的输出端与所述超声工具头连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置，其特征在于，所述超声变幅杆的输入端与输出端之间通过凸缘以及第二法兰连接，所述凸缘和第二法兰通过一对超声固定板垂直固定于框架内部的支撑架上，所述一对超声固定板中部分别开设有用于安装固定所述凸缘和法兰的夹紧内壁和定位圈。

8.根据权利要求1所述的一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置，其特征在于，所述料斗固定板在框架顶部一侧垂直对应的框架底部上固定安装有称量器。

技术总结
本发明属于超声辅助下料技术领域，公开了一种基于超声激励的高粘度流体浇注装置，包括框架，下料组件以及超声激励组件，下料组件包括固定安装在框架顶部一侧的料斗固定板、安装在料斗固定板上的料斗本体、加设在料斗本体顶部的料斗盖、设置在料斗本体底部的出料管；超声激励组件包括与框架固定连接的超声固定板、固定安装在超声固定板上的超声变幅杆、与超声变幅杆一端固定连接的超声换能器、与超声变幅杆另一端固定连接的超声工具头，且出料管上设有超声辅助喷头并与超声工具头间隙安装。本发明不仅方便拆卸维护，而且能够降低背压过高或振动频率过高产生的不良影响，同时又能利用多场耦合实现超声振动的传递，防止装置剧烈升温，实用性强。

技术研发人员：马裕,李锡文,郭芳,赵红岩,朱景振,王哲,徐文韬,李阔飞,郑荣耀,刘鑫磊,王灿,房东东
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12