应用于铝镁合金熔体处理的超声复合装置的制作方法

本发明涉及金属材料铸造成型的熔体处理技术领域，尤其涉及一种应用于铝镁合金熔体处理的超声复合装置。

背景技术：

金属熔体超声处理技术是一种较新出现的凝固组织细化方法，在铝合金、镁合金熔炼制备过程中，已得到诸多研究及应用。其大致工艺为将超声设备的导入杆置入待凝固的铝镁合金熔体，在合适的凝固温度区间启动超声使之作用于铝镁合金熔体，能有效细化凝固显微组织、从而提升金属材料的综合力学性能。对其细化机理的研究表明，只有当超声作用于“形核温度上下极窄的区间”时，才能有效提高初晶形核率、打碎枝晶、细化组织，具体形核温度取决于合金凝固特性。然而目前，由于超声设备技术人员常常只关注设备自身的研发，生产时多以人工操作将超声导入杆置入及移出熔体或浇注模具，无法精确控制导入杆的作用时机，使得导入杆置入过早增加导入杆的损耗，移出太晚易被凝固“卡死”于铸锭内。因此，对超声导入杆的置入移出动作进行精确控制极其必要。

综上所述，受制于现有熔体超声处理设备的单一性，缺少能精准控制上述动作的合理装置；因此，设计开发能精准控制铝镁合金熔体超声作用行为的复合装置，是本领域技术人员亟待解决的难题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于铝镁合金熔体处理的超声复合装置，本装置精准控制铝镁合金熔体超声作用行为，有效减少导入杆置入过早导致的损耗以及避免移出太晚被凝固于铸锭内，大幅度提升超声处理工艺的动作精度和作用效果。

为解决前述技术问题，本发明应用于铝镁合金熔体处理的超声复合装置包括超声导入杆、不锈钢框架、模具台、预热圈、温度采集模块、运动模块和控制器，所述模具台和预热圈分别间隔设于所述不锈钢框架底板，所述运动模块设于所述不锈钢框架上部用于驱动所述超声导入杆在所述不锈钢框架空间内运动，所述温度采集模块用于采集置于所述模具台的模具内所浇注熔体的实时温度，并将该温度信号传输至所述控制器，所述控制器设于所述不锈钢框架一侧，并且根据所述温度采集模块传输的温度信号通过所述运动模块驱动所述超声导入杆插入或移出置于所述模具台的模具。

进一步，所述运动模块是三轴联动装置。

进一步，所述预热圈由镍铬电阻加热丝缠绕制作而成，并且在预热圈与不锈钢框架底板之间设有绝缘垫片。

进一步，所述超声导入杆连接外置超声发生装置，所述超声发生装置的超声处理功率为100～3000w、频率为20khz、铝镁合金处理温度为600～700℃。

由于本发明应用于铝镁合金熔体处理的超声复合装置采用了上述技术方案，即本装置的模具台和预热圈分别间隔设于不锈钢框架底板，运动模块设于不锈钢框架上部用于驱动超声导入杆在不锈钢框架空间内运动，温度采集模块采集置于模具台的模具内所浇注熔体的实时温度，并将该温度信号传输至控制器，控制器设于不锈钢框架一侧并且根据温度采集模块传输的温度信号通过运动模块驱动超声导入杆插入或移出置于模具台的模具。本装置精准控制铝镁合金熔体超声作用行为，有效减少超声导入杆置入过早导致的损耗以及避免移出太晚被凝固于铸锭内，大幅度提升超声处理工艺的动作精度和作用效果。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明应用于铝镁合金熔体处理的超声复合装置结构示意图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本发明应用于铝镁合金熔体处理的超声复合装置包括超声导入杆1、不锈钢框架2、模具台3、预热圈4、温度采集模块5、运动模块6和控制器7，所述模具台3和预热圈4分别间隔设于所述不锈钢框架2底板，所述运动模块6设于所述不锈钢框架2上部用于驱动所述超声导入杆1在所述不锈钢框架2空间内运动，所述温度采集模块5用于采集置于所述模具台3的模具31内所浇注熔体的实时温度，并将该温度信号传输至所述控制器7，所述控制器7设于所述不锈钢框架2一侧，并且根据所述温度采集模块5传输的温度信号通过所述运动模块6驱动所述超声导入杆1插入或移出置于所述模具台3的模具31。

优选的，所述运动模块6是三轴联动装置。其包括驱动电机及导轨，由控制器发送指令驱动超声导入杆提前在预热圈内预热；而在模具内浇注铝镁合金时，当温度采集模块采集到的模具内熔体温度达到设定值后，运动模块的电机启动，并按照控制器内预先设定的运动轨迹驱动超声导入杆以完成插入熔体及移出熔体的动作。由于超声导入杆为钛合金材质，故精确控制其行为能提高其使用寿命。

优选的，所述预热圈4由镍铬电阻加热丝缠绕制作而成，并且在预热圈与不锈钢框架底板之间设有绝缘垫片41。

优选的，所述超声导入杆1连接外置超声发生装置，所述超声发生装置的超声处理功率为100～3000w、频率为20khz、铝镁合金处理温度为600～700℃。

不锈钢框架是本装置的整体支承架，其他模块均安装于该不锈钢框架上，不锈钢框架包括支撑边框及底板，并以焊接加工而成；模具台安装于不锈钢框架的底板上，用以固定浇注模具；超声导入杆连接外置超声发生装置，将超声波传递至模具内的铝镁合金熔体；温度采集模块用于采集模具内所浇注熔体的实时温度，并将温度信号传输至控制器；运动模块是由电机及导轨组成的三轴联动装置，安装于不锈钢框架的上部，用以驱动超声导入杆实现插入或移出铝镁合金熔体；预热圈用以预热超声导入杆，以镍铬电阻加热丝缠绕而成，安装于不锈钢框架的底板上方一定距离、且该距离以绝缘片充垫从而将预热圈与不锈钢框架的底板之间进行电绝缘；控制器可以采用plc控制器，方便温度信号采集及超声导入杆运动轨迹的控制。

以处理az91镁合金为例进行简要说明。在坩埚电阻炉内700℃熔炼az91镁合金，精炼扒渣后保温待用；在本装置的控制器设定预热圈的加热温度为400℃，用以预热超声导入杆并待用；设定运动模块的控制参数：因az91镁合金的液相线温度约为595℃，考虑到超声导入杆的行程时间，设定运动模块电机的启动参数为温度630℃；设定驱动超声导入杆运动轨迹的三个参数为：垂直方向5cm（升出预热圈）、水平方向5cm（移向模具浇口上方）、垂直方向10cm（降入模具浇口内），但此运动距离仅为简单示例，实际值取决于浇注模具的深度、预计浇注熔体的深度等；在本装置的模具台上放置好已在烘箱内预热至200℃的浇注模具，并将温度采集模块的热电偶预置于模具浇口，以便采集模具内所浇注熔体的实时温度；将温度为700℃的az91镁合金熔体浇注到模具内，当模具内熔体温度降低至630℃时，运动模块电机启动完成超声导入杆的动作行程，实现对az91镁合金熔体的超声处理工艺，而当熔体温度降低至595℃（低于液相线温度）时，关闭超声发生装置，将超声导入杆移出模具并及时清理其表面镁合金皮，完成熔体的超声处理。

本装置能有效解决目前熔体超声处理工艺中设备单一、作用时机不精准的缺点，有利于发挥熔体超声处理技术具备的组织细化作用并提高效率。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种应用于铝镁合金熔体处理的超声复合装置，本装置的模具台和预热圈分别间隔设于不锈钢框架底板，运动模块设于不锈钢框架上部用于驱动超声导入杆在不锈钢框架空间内运动，温度采集模块用来采集置于模具台的模具内所浇注熔体的实时温度，并将该温度信号传输至控制器，控制器设于不锈钢框架一侧，并且根据温度采集模块传输的温度信号通过运动模块驱动超声导入杆插入或移出置于模具台的模具。本装置精准控制铝镁合金熔体超声作用行为，有效减少导入杆置入过早导致的损耗以及避免移出太晚被凝固于铸锭内，大幅度提升超声处理工艺的动作精度和作用效果。

技术研发人员：孙明;倪悦;杨义;靳翔宇;邹文逸;张舒瑶;高芳帅;梁其锦
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2019.01.23
技术公布日：2019.04.26