专利名称：一种用于制备金属半固态浆料的复合超声场导入装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属材料制备技术领域，尤其涉及一种在金属熔体的凝固过程中导入功率超声以实现晶粒细化的超声场导入装置。
背景技术：
现有技术研究表明，采用功率超声制备金属半固态浆料，不仅能够使金属晶粒细小均匀，有助于大幅度提高材料的力学性能，而且具有无污染、低成本、高效率等优势，从而引起了广泛的关注和研究。这种功率超声制备方法，主要是在金属熔体的凝固过程中导入功率超声以打碎晶枝，使晶粒得到细化，调整的工艺参数主要有浇筑温度、功率超声的处理时间、功率大小等。目前，现有技术功率超声的导入方法主要有以下几种:(I)上加载式通过支撑架将超声换能器、变幅杆垂直朝下，将变幅杆的底端(振动头端)伸入盛有金属半固态浆料的容器内，贴于半固态浆料面上达到耦合而开始制浆。这种方法存在的缺陷是:很难控制变幅杆的振动头端是否与半固态浆料面达到耦合。而功率超声的传递必须是在无间隙、完全耦合的状态下进行的。这种方法只是在振动头端附近的半固态浆料具有明显的晶粒细化效果，其他区域的浆料的细化效果不佳。(2)下加载式将容料筒与变幅杆的振动头相连，以满足功率超声传递耦合的必要条件，从而解决了上加载式难以控制振动头与浆料完全耦合的问题。但是，这种方法每次制取的浆料都是定量的，且每一次制取后都要将容料筒与变幅杆分离开，不仅操作繁琐，而且在连续加工中存在很大的局限性。(3)斜流道加载式利用斜坡使金属半固态浆料缓缓往下流动，在流动的过程中加载功率超声，以实现制浆过程的连续性。但这种方法的缺陷是:很难掌控半固态浆料的流动速度，从而导致功率超声作用在浆料上的效果不一，制备出的浆料晶粒不均匀。由此可见，现有技术所采用的功率超声导入方法还难以同时满足金属制浆效果、操作的简易性和连续性等要求，从而严重阻碍了功率超声制备金属半固态浆料研究的发展。如何更好地利用功率超声制备金属半固态浆料，其功率超声的导入方法及其装置是必须涉及和解决的关键问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过复合超声处理区域制备金属半固态浆料的超声场导入装置，以显著提高金属制浆效果，更好地满足功率超声制备金属半固态浆料的实际需求。本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现:本实用新型提供的一种用于制备金属半固态浆料的复合超声场导入装置，包括功率超声发生器、超声换能器、变幅杆、台架；所述超声换能器与功率超声发生器电路连接；所述变幅杆的一端为输入端、且与超声换能器连接，其另一端为振动头端；所述台架支承超声换能器、变幅杆而构成超声导入单元，所述超声导入单元为二个或二个以上、且对向设置，其中部交汇处为超声处理场，所述各超声导入单元其变幅杆的振动头端均与超声处理场连接。本实用新型所提供的超声处理场为复合超声处理区，在此区域里通过超声场叠加使金属浆料得到充分振动，从而更好地打碎晶枝，获得更为紧密、细小的晶粒。进一步地，本实用新型所述超声处理场呈漏斗型，其下方设置有容器，浆料在连续流动的过程中处理完毕后直接流入容器中盛放。上述方案中，为实现各超声单元单独可控，以调节对向角度及超声处理场出料口间隙，本实用新型所述各超声导入单元其变幅杆的振动头端上分别设置连接有呈倾斜的挡板，使得各超声导入单元为分体式，所述超声处理场由各挡板围构而成；所述台架上设置有调节机构，所述调节机构连接控制超声换能器、变幅杆。进一步地，本实用新型所述调节机构包括固定环、调节螺杆；所述固定环为二个、且分别套设在超声换能器、变幅杆上，所述调节螺杆连接支承固定环。这样，通过超声换能器及变幅杆上调节螺杆升降的差别可调节变幅杆的倾斜对向角度。进一步地，本实用新型所述超声导入单元可以采用二个；所述固定环上设置有紧固螺栓。松开紧固螺栓后，超声换能器、变幅杆可在固定环内转动，使得挡板可随变幅杆绕其轴线转动。这样，二边的变幅杆在固定环内同时相向转动，便可调整改变整个超声处理场的倾斜角度及浆料流速。调节好后重新拧紧紧固螺栓即可固定所调节的位置和角度。进一步地，为调节整个超声换能器和变幅杆的高度，本实用新型所述调节机构还包括角度滑动块、凸块、连接板；所述角度滑动块上设置有弧形槽，所述凸块设置在台架上且对应嵌入弧形槽；所述连接板设置在角度滑动块的上面，所述调节螺杆支撑在连接板上。这样，通过角度滑动块的移动、以及凸块与弧形槽的配合，实现整个超声换能器和变幅杆高度的调节改变。本实用新型具有以下有益效果:(I)本实用新型通过复合超声处理场制备金属半固态浆料，很好地满足了功率超声传递耦合的必要条件，解决了功率超声制备金属半固态浆料的实际应用问题，显著提高了晶粒细化效果，所制备的金属半固态浆料组织圆整、细密，晶粒细小，从而使金属材料的力学性能得到大幅度提闻。(2)本实用新型使用灵活方便，变幅杆对向角度可调节，超声处理场倾斜角度、出料口间隙可控。由于超声声流作用及振动效果随对向角度的变化而变化，晶粒之间的剪切作用随处理场倾斜角度及浆料流速的变化而变化，为此可根据不同的需要，通过调节对向角度、倾斜角度及浆料流速来影响和改变金属浆料在复合超声场中的结晶过程，从而制备获得不同需求的金属半固态浆料。(3)本实用新型便于操作、简单易行，且生产成本低廉，适合于大规模的工业化生产。
下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步的详细描述:[0023]图1是本实用新型实施例的结构示意图；图2是图1所示实施例超声处理场的构成示意图；图3是图1所示实施例超声处理场的装配示意图；图4是图1所示实施例调节机构的结构示意图；图5是图4的右视图；图6是图1所示实施例变幅杆振动头端纵波示意原理图；图7是图1所示实施例超声处理场处的纵波示意原理图。图中:功率超声发生器1，超声换能器2，变幅杆3，台架4，调节机构5，固定环51，调节螺杆52，角度滑动块53，凸块54，连接板55，弧形槽56，容器6，挡板7，超声处理场8，浆料9
具体实施方式
图1 图7所示为本实用新型一种用于制备金属半固态浆料的复合超声场导入装置的实施例，如图1所示，包括功率超声发生器1、超声换能器2、变幅杆3、台架4、调节机构
5、容器6。如图1所示，超声换能器2与功率超声发生器I电路连接。变幅杆3的一端为输入端、且与超声换能器2螺纹连接，其另一端为振动头端。台架4通过调节机构5支承超声换能器2、变幅杆3而构成超声导入单元。超声导入单元为二个、且对向设置。各超声导入单元为分体式，其变幅杆3的振动头端上均设置连接有呈倾斜的挡板7 (见图2)，配合螺栓连接而构成上大下小的漏斗型超声处理场8 (见图3)。如图1所示，容器6设置在超声处理场8的下方。如图4和图5所示，调节机构5包括固定环51、调节螺杆52、角度滑动块53、凸块54、连接板55。固定环51为二个、且分别套设在超声换能器2、变幅杆3上，固定环51上设有紧固螺栓。角度滑动块53上设置有弧形槽56，凸块54设置在台架4上且对应嵌入弧形槽56。连接板55设置在角度滑动块53的上面。调节螺杆52设置在连接板55上、且连接支承固定环51。本实施例操作过程如下:(I)装置参数的选定调节(Ι-a)将二个超声导入单元对向摆设、变幅杆3成角度配合。通过螺栓将两个变幅杆3振动头端的挡板7连接起来而构成上大下小的漏斗型超声处理场8。(Ι-b)首先粗调角度滑动块53，使超声处理场8的对向角度达到所需角度的大概范围；然后通过调节螺杆52微调，使超声处理场8的对向角度精确达到所需要的角度。(Ι-c)对向角度确定后，松开超声处理场8的连接螺栓，调整台架4之间的距离，SP可调节控制超声处理场8出料口间隙的大小。调整到指定的间隙大小后，将连接螺栓重新上紧固定。(Ι-d)松开固定环51上的紧固螺栓，同时将二个超声导入单元的超声换能器2、变幅杆3慢均匀地绕轴线相向转动，使超声处理场8与地面的倾斜角度达到所需要求后，将固定环51上的紧固螺栓拧紧，即可实现超声处理场8倾斜角度的调节。(2)复合超声场制浆[0042]上述装置参数选定调节后，首先打开功率超声发生器I并将频率调节好，变幅杆3产生超声纵波(见图6)，并在超声处理场8叠加得到复合超声场(见图7)。将金属半固态浆料9从超声处理场8的上方缓缓注入超声处理场8内。浆料经由超声处理场8内部流动后，从出料口流出到容器6，从而得到经过复合超声场处理后的金属半固态浆料，制浆过程结束。
权利要求1.一种用于制备金属半固态浆料的复合超声场导入装置，包括功率超声发生器(I)、超声换能器(2)、变幅杆(3)、台架(4);所述超声换能器(2)与功率超声发生器(I)电路连接；所述变幅杆(3)的一端为输入端、且与超声换能器(2)连接，其另一端为振动头端；其特征在于:所述台架(4)支承超声换能器(2)、变幅杆(3)而构成超声导入单元，所述超声导入单元为二个或二个以上、且对向设置，其中部交汇处为超声处理场(8)，所述各超声导入单元其变幅杆(3)的振动头端均与超声处理场(8)连接。
2.根据权利要求1所述的用于制备金属半固态浆料的复合超声场导入装置，其特征在于:所述超声处理场(8)呈漏斗型，其下方设置有容器(6)。
3.根据权利要求2所述的用于制备金属半固态浆料的复合超声场导入装置，其特征在于:所述各超声导入单元其变幅杆(3)的振动头端上分别设置连接有呈倾斜的挡板(7)，所述超声处理场(8)由各挡板(7)围构而成；所述台架(4)上设置有调节机构(5)，所述调节机构(5)连接控制超声换能器(2)、变幅杆(3)。
4.根据权利要求3所述的用于制备金属半固态浆料的复合超声场导入装置，其特征在于:所述调节机(5)构包括固定环(51)、调节螺杆(52);所述固定环(51)为二个、且分别套设在超声换能器(2)、变幅杆(3)上，所述调节螺杆(52)连接支承固定环(51)。
5.根据权利要求4所述的用于制备金属半固态浆料的复合超声场导入装置，其特征在于:所述超声导入单元为二个；所述固定环(51)上设置有紧固螺栓。
6.根据权利要求4或5所述的用于制备金属半固态浆料的复合超声场导入装置，其特征在于:所述调节机构(5)还包括角度滑动块(53)、凸块(54)、连接板(55);所述角度滑动块(53)上设置有弧形槽(56)，所述凸块(54)设置在台架(4)上且对应嵌入弧形槽(56)；所述连接板(55)设置在角度滑动块(53)的上面，所述调节螺杆(52)支撑在连接板(55)上。
专利摘要本实用新型公开了一种用于制备金属半固态浆料的复合超声场导入装置，包括功率超声发生器、超声换能器、变幅杆、台架；所述超声换能器与功率超声发生器电路连接；所述变幅杆的一端为输入端、且与超声换能器连接，其另一端为振动头端；所述台架支承超声换能器、变幅杆而构成超声导入单元，所述超声导入单元为二个或二个以上、且对向设置，其中部交汇处为超声处理场，所述各超声导入单元其变幅杆的振动头端均与超声处理场连接。本实用新型通过复合超声处理场制备金属半固态浆料，显著提高了晶粒细化效果，使金属材料的力学性能得到大幅度提高，更好地满足了功率超声制备金属半固态浆料的实际需求。
文档编号B22D27/20GK202934107SQ20122063235
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者王家宣, 邱泽廷, 胡鹏程 申请人:王家宣