专利名称：振动铸造实验设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及振动铸造技术领域，特别涉及一种振动铸造实验设备。
背景技术：
20世纪初，振动在金属凝固领域应用的研究引起了广泛的重视。研究对象涉及黑 色金属、有色金属及其合金，其中铝合金研究最广。按产生振动的方法不同，振动设备可分 为机械、气动、电磁及超声振动等。大量的研究得出，超声振动、电磁振动或者机械振动施加 于凝固中的金属熔体，会使金属促进形核、破碎枝晶(晶粒细化)、减小偏析(均化组织)、除 气除杂(净化熔体)、增强补缩、密度提高等，同时还影响第二相的大小、形态和分布，从而改 善铸件结晶组织，提高铸件性能。相比而言，由于简易及低成本机械振动的应用要普遍的 多。目前的研究多数是对铸型施加振动，实践表明，对一般中小铸件，采用机械方式对铸型 施加振动是一种比较好的行之有效的方法。国内学者对于振动在金属组织和力学性能方面 的影响及熔体去气除杂研究得比较多。而在机械振动对铝合金重力铸造的充型、除气除杂、 补缩方面国内都研究得比较少。A356铝合金具有良好的力学性能、物理性能和抗腐蚀性能， 而且质量轻，强度高，是铝制汽车、摩托车轮毂的首选材料。如果就机械振动对A356铝合金 充型性能、气体夹杂、致密度(冒口补缩效果)、晶粒组织及力学性能等方面的影响及机理作 一全面的研究，并将振动凝固技术用于铝合金轮毂重力铸造，则可减轻浇不足、显微气、缩 孔等铸造缺陷，减小合金晶粒度，提高力学性能，减轻冒口重量、提高工艺出品率，具有较大 的实用意义。现有技术中，中国专利2007101684 . 1公开了一种“消失模铸造振动凝固方法”。 该方法中的振动采用振动电机振动的机械振动台，或者采用电磁振动或偏心振动的振动 台。该“基于振动凝固的消失模铸造方法”其特征在于在液态金属浇注步骤前、液态金属 浇注步骤过程中及其凝固期间、或者液态金属浇注步骤后的凝固期间，对装有泡沫模样和 散砂的砂箱实施振动，振动频率为10 IOOHz、振幅为0. 1 3. 0mm，驱使振动的振动电机 的转速为750 3000rpm ；铸件全部凝固完毕后停止振动。该发明对铸件组织细化效果明 显，性能有较大提高。但是，该方法及该方法采用的装置仅适合于铝合金、镁合金、铜合金等 有色金属零件和铸铁、铸钢等黑色金属零件的消失模铸造。振动方向固定，适应性较差。
实用新型内容针对现有技术中的不足之处，本实用新型提供了一种可以根据实际需求连续改变 振动频率、振幅及振动方向的振动铸造实验设备；使用该振动实验装置进行实验，可通过改 变不同振动频率、振幅及振动方向来研究对铸造充型、去气除杂、补缩、细化晶粒和力学性 能的影响。本实用新型提供的振动铸造实验设备，包括机架、试样模具、模具安装装置、振动 装置、减震装置和振动方向调节装置；所述模具安装装置包括用于安装试样模具的模具安装板；所述模具安装板通过振CN 201913231 U
说明书
2/4页
动装置安装在机架的顶部上方；所述振动装置包括振动电机安装板、振动电机I、振动电机II、调速器I和调速器 II ；所述振动电机I和振动电机II安装在电机安装板上；所述调速器I串接在振动电机I 与振动电机电源之间，所述调速器II串接在振动电机II与振动电机电源之间；所述减震装置包括减震弹簧、压缩弹簧、压缩弹簧支撑座和压缩弹簧调节螺栓；所 述减震弹簧的一端固定连接在模具安装板上，另一端固定连接在机架的顶部；所述压缩弹 簧支撑座的一端固定在机架的顶部，另一端伸向模具安装板的上方，所述压缩弹簧设置在 压缩弹簧支撑座的另一端与模具安装板之间；所述压缩弹簧调节螺栓通过螺纹配合的方式 穿过压缩弹簧支撑座的另一端并压在压缩弹簧上；所述振动方向调节装置包括调节丝杆、调节旋转臂和支撑臂；所述调节旋转臂的 一端可转动的连接在模具安装板上，另一端与振动电机安装板固定连接；所述调节丝杆和 支撑臂设置在调节旋转臂的两侧，调节丝杆和支撑臂的一端均可转动的连接在模具安装板 上；所述电机安装板的一端以可沿调节丝杆的长度方向调节的方式与调节丝杆的另一端连 接；所述电机安装板的另一端以可沿支撑臂滑动的方式与支撑臂的另一端连接。进一步，所述振动装置为四套，分别设置在模具安装板的四个角部位。与现有技术相比，本实用新型的振动铸造实验设备具有如下有益效果1)本实用新型的振动铸造实验设备，可方便调整振动频率、振幅及振动方向，因此 可通过不同工艺参数条件下的振动铸造实验来研究振动频率、振幅及振动方向对金属熔体 充型及凝固过程中充型能力、补缩效果、去气除杂能力、细化晶粒及提高力学性能方面的影 响。可用于不同材质的振动铸造实验，既改善了系统的适应能力，而且操作方便。2)本实用新型的振动铸造实验设备能够调整的频率、振幅及振动方向范围较大， 能够实现直线振动和三维圆振动。3)本实用新型的实验装置结构简单，能源消耗小，可靠性好。
图1为本实用新型振动铸造实验设备垂直直线振动的主视图；图2为本实用新型振动铸造实验设备垂直直线振动的俯视图；图3为本实用新型振动铸造实验设备垂直直线振动的右视图；图4为本实用新型振动铸造实验设备45°直线振动的主视图；图5为本实用新型振动铸造实验设备水平直线振动的主视图；图6为本实用新型振动铸造实验设备三维圆振动的主视图；图7为本实用新型振动铸造实验设备三维圆振动的俯视图。附图中1 一机架；2—试样模具；3—模具安装板；4一振动电机安装板； 5—振动电机I ； 6—振动电机II; 7—调速器I ； 8—调速器II; 9一减震弹簧；10— 压缩弹簧；11一压缩弹簧支撑座；12—压缩弹簧调节螺栓；13—调节丝杆；14一调节 丝杆紧固螺栓；15—调节旋转臂；16—支撑臂；17—支撑臂紧固螺栓；18—模具紧固 螺栓。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型对进一步详细的说明。如图1 3所示，振动铸造装置包括机架1、试样模具2、模具安装装置、振动装置、 减震装置和振动方向调节装置。模具安装装置包括用于安装试样模具2的模具安装板3和模具紧固螺栓18，模具 安装板3通过振动装置安装在机架1的顶部上方，试样模具2通过紧固螺栓18安装在模具 安装板3上。试样模具2可旋转90°安装，通过变换试样模具2的安装方向可获得XOZ平 面和YOZ平面内不同角度的直线振动。减震装置包括减震弹簧9、压缩弹簧10、压缩弹簧支撑座11和压缩弹簧调节螺栓 12。减震弹簧9的一端固定连接在模具安装板3上，另一端固定连接在机架1的顶部，使模 具安装板3产生一定振幅的振动，并减轻对机架1的震动。压缩弹簧支撑座11的两端向外 弯折，压缩弹簧支撑座11的一端固定在机架1的顶部，另一端伸向模具安装板3的上方，压 缩弹簧10设置在压缩弹簧支撑座11的另一端与模具安装板3之间；压缩弹簧支撑座11的 另一端部设有螺纹孔，压缩弹簧调节螺栓12通过螺纹配合的方式穿过压缩弹簧支撑座11 的螺纹孔，压缩弹簧调节螺栓12的底部压在压缩弹簧10上。压缩弹簧10减小模具安装板 3向上的振动力，减小向上的振动加速度；而且可通过调节压缩弹簧调节螺栓12改变压缩 弹簧10的减振能力，从而调节对模具安装板3的振动力和振幅大小。振动方向调节装置包括调节丝杆13、调节丝杆紧固螺栓14、调节旋转臂15、支撑 臂16和支撑臂紧固螺栓17。调节旋转臂15的一端可转动的连接在模具安装板3上，另一 端与振动电机安装板4固定连接(本实施例，调节旋转臂15的底部与振动电机安装板4的 中部固定连接)。调节丝杆13和支撑臂16设置在调节旋转臂15的两侧，调节丝杆13的一 端可转动的连接在模具安装板3上，电机安装板4的一端以可沿调节丝杆13的长度方向调 节的方式与调节丝杆13的另一端连接(本实施例中，调节丝杆13上旋套有螺母，螺母通过 调节丝杆紧固螺栓14与电机安装板4的一端连接);支撑臂16的一端可转动的连接在模具 安装板3上，电机安装板4的另一端以可沿支撑臂16滑动的方式与支撑臂16的另一端连 接(本实施例中，支撑臂16上沿其长度方向设有条形孔，电机安装板4的另一端可沿条形孔 移动，移动到位后，电机安装板4的另一端通过支撑臂紧固螺栓17与支撑臂16固定)。振动装置包括振动电机安装板4、振动电机15、振动电机116、调速器17和调速器 118。振动电机15和振动电机116安装在电机安装板4上；调速器17串接在振动电机15 与振动电机电源之间，调速器Π8串接在振动电机116与振动电机电源之间。本实施例中，振动装置为四套，分别设置在模具安装板3的四个角部位。模具安装 板3通过四套振动装置设置在机架1上，振动时模具安装板3整体受力均勻。振动方向调节装置主要是将振动装置和模具安装装置连接起来，用于传递振动电 机产生一定频率、振幅的振动，并调节振动方向。将调节丝杆紧固螺栓14和支撑臂紧固螺 栓17松开后，旋动调节丝杆13便可在0°、0°连续调节直线振动方向，从而达到实验要 求。改变安装在电机安装板4上的振动电机15和振动电机116的安装位置，可以获得直线 振动(两台振动电机转动轴线平行并相向转动，如图广5)和三维圆振动(两台振动电机转动 轴线垂直，如图6 7)；调节两振动电机自带偏心激振块，可以改变振动幅度和激振力；调速 器17和调速器118分别对振动电机15和振动电机116进行调速，以获得不同振动频率。[0031 ] 在使用该振动铸造实验设备时试样模具2安装在模具安装板3上，必须拧紧模具 紧固螺栓18 ；通过调节丝杆13调节振动方向，调节到满足实验需求后，必须拧紧调节丝杆 紧固螺栓14和支撑臂紧固螺栓17。利用振动铸造实验设备对A356铝合金熔体进行振动浇注实验，试样有测定充型 性能的螺旋试样，测定去气除杂的试块，测定水平补缩效果的试块，测定垂直补缩效果的试 块以及测定力学性能的拉伸试样。使用该振动铸造实验设备进行测定的方法，包括如下步骤(1)利用振动方向调节装置的调节丝杆将振动方向调至所需角度后，拧紧调节丝 杆紧固螺栓和支撑臂紧固螺栓；(2)利用调速器调节振动电机转速，将振动频率调整到实验要求；(3)调节振动电机偏心激振块或调节压缩弹簧调节螺栓，振动幅度达到实验要 求；(4)将试样模具温度预热到250V 350°C后，安装在模具安装板上；(5)开启振动电机，振动装置运行平稳后，将熔炼处理好的金属熔体浇入试样模具 中；(6)试样完全凝固后，关闭振动电机，开模取出试样；(7)根据实验要求分别改变振动频率(分别为30ΗΖ，60Ηζ，90Ηζ)、振幅(分别为 0. 4mm, 0. 8mm, 1. 2mm)及振动方向(分别为垂直直线振动，45°直线振动，水平直线振动，三 维圆振动)等工艺参数进行振动浇注实验；(8)更换试样模具，重复步骤(1) (7)，对振动在金属熔体充型、补缩、去气除杂、 细化晶粒及提高力学性能方面的影响进行试验；(9)处理实验试样，磨制金相，测量试样充型长度，观察试样针孔、夹杂、缩松缺陷 及晶粒大小，比较拉伸试样数据，分析振动频率、振幅、振动方向对金属熔体充型、补缩、去 气除杂、细化晶粒及提高力学性能的影响及规律。经试验，该装置方便可靠，有助于实验实施及结论的正确。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽 管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以 对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其 均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种振动铸造实验设备，其特征在于包括机架(1)、试样模具(2)、模具安装装置、 振动装置、减震装置和振动方向调节装置；所述模具安装装置包括用于安装试样模具(2)的模具安装板(3)；所述模具安装板(3) 通过振动装置安装在机架(1)的顶部上方；所述振动装置包括振动电机安装板(4)、振动电机I (5)、振动电机II (6)、调速器I (7)和调速器II (8);所述振动电机I (5)和振动电机II (6)安装在电机安装板(4)上； 所述调速器I (7)串接在振动电机I (5)与振动电机电源之间，所述调速器II (8)串接在 振动电机11(6)与振动电机电源之间；所述减震装置包括减震弹簧(9)、压缩弹簧(10)、压缩弹簧支撑座(11)和压缩弹簧调 节螺栓(12);所述减震弹簧(9)的一端固定连接在模具安装板(3)上，另一端固定连接在机 架(1)的顶部；所述压缩弹簧支撑座(11)的一端固定在机架(1)的顶部，另一端伸向模具 安装板(3 )的上方，所述压缩弹簧(10 )设置在压缩弹簧支撑座(11)的另一端与模具安装板(3)之间；所述压缩弹簧调节螺栓(12)通过螺纹配合的方式穿过压缩弹簧支撑座(11)的另 一端并压在压缩弹簧(10)上；所述振动方向调节装置包括调节丝杆(13)、调节旋转臂(15)和支撑臂(16)；所述调节 旋转臂(15)的一端可转动的连接在模具安装板(3)上，另一端与振动电机安装板(4)固定 连接；所述调节丝杆(13)和支撑臂(16)设置在调节旋转臂(15)的两侧，调节丝杆(13)和 支撑臂(16)的一端均可转动的连接在模具安装板(3)上；所述电机安装板(4)的一端以可 沿调节丝杆(13)的长度方向调节的方式与调节丝杆(13)的另一端连接；所述电机安装板(4)的另一端以可沿支撑臂(16)滑动的方式与支撑臂(16)的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的振动铸造实验设备，其特征在于所述振动装置为四套，分别 设置在模具安装板(3)的四个角部位。
专利摘要本实用新型公开了一种振动铸造实验设备，包括机架、试样模具、模具安装装置、振动装置、减震装置和振动方向调节装置；振动装置包括振动电机安装板、振动电机和控制振动电机的调速器；减震装置包括减震弹簧、压缩弹簧、压缩弹簧支撑座和压缩弹簧调节螺栓；振动方向调节装置包括调节丝杆、调节旋转臂和支撑臂。本实用新型可调节调速器获得不同频率的振动；调节压缩弹簧调节螺栓或振动电机自带的振幅调节装置获得不同的振幅和振动力；通过调节丝杆获得不同方向的直线振动；通过改变试样模具安装方向得到不同角度的直线振动；通过振动电机获得直线振动或三维圆振动。因此满足金属材料对不同振动频率、振幅以及振动方向的实验要求。
文档编号B22D27/08GK201913231SQ20112002035
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者周芝龙, 孙丽萍, 曾礼, 赵建华 申请人:重庆大学