專利名稱：振動鑄造實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及振動鑄造技術領域，特別涉及一種振動鑄造實驗裝置。
背景技術：
20世紀初，振動在金屬凝固領域應用的研究引起了廣泛的重視。研究對象涉及黑 色金屬、有色金屬及其合金，其中鋁合金研究最廣。按產(chǎn)生振動的方法不同，振動設備可分 為機械、氣動、電磁及超聲振動等。大量的研究得出，超聲振動、電磁振動或者機械振動施加 于凝固中的金屬熔體，會使金屬促進形核、破碎枝晶(晶粒細化)、減小偏析(均化組織)、除 氣除雜(凈化熔體)、增強補縮、密度提高等，同時還影響第二相的大小、形態(tài)和分布，從而改 善鑄件結晶組織，提高鑄件性能。相比而言，由于簡易及低成本機械振動的應用要普遍的 多。目前的研究多數(shù)是對鑄型施加振動，實踐表明，對一般中小鑄件，采用機械方式對鑄型 施加振動是一種比較好的行之有效的方法。國內學者對于振動在金屬組織和力學性能方面 的影響及熔體去氣除雜研究得比較多。而在機械振動對鋁合金重力鑄造的充型、除氣除雜、 補縮方面國內都研究得比較少。A356鋁合金具有良好的力學性能、物理性能和抗腐蝕性能， 而且質量輕，強度高，是鋁制汽車、摩托車輪轂的首選材料。如果就機械振動對A356鋁合金 充型性能、氣體夾雜、致密度(冒口補縮效果)、晶粒組織及力學性能等方面的影響及機理作 一全面的研究，并將振動凝固技術用于鋁合金輪轂重力鑄造，則可減輕澆不足、顯微氣、縮 孔等鑄造缺陷，減小合金晶粒度，提高力學性能，減輕冒口重量、提高工藝出品率，具有較大 的實用意義?，F(xiàn)有技術中，中國專利2007101684 . 1公開了一種“消失模鑄造振動凝固方法”。 該方法中的振動采用振動電機振動的機械振動臺，或者采用電磁振動或偏心振動的振動 臺。該“基于振動凝固的消失模鑄造方法”其特征在于在液態(tài)金屬澆注步驟前、液態(tài)金屬 澆注步驟過程中及其凝固期間、或者液態(tài)金屬澆注步驟后的凝固期間，對裝有泡沫模樣和 散砂的砂箱實施振動，振動頻率為10 100Hz、振幅為0. 1 3. 0mm，驅使振動的振動電機 的轉速為750 3000rpm ；鑄件全部凝固完畢后停止振動。該發(fā)明對鑄件組織細化效果明 顯，性能有較大提高。但是，該方法及該方法采用的裝置僅適合于鋁合金、鎂合金、銅合金等 有色金屬零件和鑄鐵、鑄鋼等黑色金屬零件的消失模鑄造。振動方向固定，適應性較差。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中的不足之處，本發(fā)明提供了一種可以根據(jù)實際需求連續(xù)改變振動 頻率、振幅及振動方向的振動鑄造實驗裝置；使用該振動實驗裝置進行實驗，可通過改變不 同振動頻率、振幅及振動方向來研究對鑄造充型、去氣除雜、補縮、細化晶粒和力學性能的影響。本發(fā)明提供的振動鑄造實驗裝置，包括機架、試樣模具、模具安裝裝置、振動裝置、 減震裝置和振動方向調節(jié)裝置；
所述模具安裝裝置包括用于安裝試樣模具的模具安裝板；所述模具安裝板通過振動裝置安裝在機架的頂部上方；
所述振動裝置包括振動電機安裝板、振動電機I、振動電機II、調速器I和調速器II ； 所述振動電機I和振動電機II安裝在電機安裝板上；所述調速器I串接在振動電機I與振 動電機電源之間，所述調速器II串接在振動電機II與振動電機電源之間；
所述減震裝置包括減震彈簧、壓縮彈簧、壓縮彈簧支撐座和壓縮彈簧調節(jié)螺栓；所述減 震彈簧的一端固定連接在模具安裝板上，另一端固定連接在機架的頂部；所述壓縮彈簧支 撐座的一端固定在機架的頂部，另一端伸向模具安裝板的上方，所述壓縮彈簧設置在壓縮 彈簧支撐座的另一端與模具安裝板之間；所述壓縮彈簧調節(jié)螺栓通過螺紋配合的方式穿過 壓縮彈簧支撐座的另一端并壓在壓縮彈簧上；
所述振動方向調節(jié)裝置包括調節(jié)絲桿、調節(jié)旋轉臂和支撐臂；所述調節(jié)旋轉臂的一端 可轉動的連接在模具安裝板上，另一端與振動電機安裝板固定連接；所述調節(jié)絲桿和支撐 臂設置在調節(jié)旋轉臂的兩側，調節(jié)絲桿和支撐臂的一端均可轉動的連接在模具安裝板上； 所述電機安裝板的一端以可沿調節(jié)絲桿的長度方向調節(jié)的方式與調節(jié)絲桿的另一端連接； 所述電機安裝板的另一端以可沿支撐臂滑動的方式與支撐臂的另一端連接。進一步，所述振動裝置為四套，分別設置在模具安裝板的四個角部位。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的振動鑄造實驗裝置具有如下有益效果
1)本發(fā)明的振動鑄造實驗裝置，可方便調整振動頻率、振幅及振動方向，因此可通過不 同工藝參數(shù)條件下的振動鑄造實驗來研究振動頻率、振幅及振動方向對金屬熔體充型及凝 固過程中充型能力、補縮效果、去氣除雜能力、細化晶粒及提高力學性能方面的影響。可用 于不同材質的振動鑄造實驗，既改善了系統(tǒng)的適應能力，而且操作方便。2)本發(fā)明的振動鑄造實驗裝置能夠調整的頻率、振幅及振動方向范圍較大，能夠 實現(xiàn)直線振動和三維圓振動。3)本發(fā)明的實驗裝置結構簡單，能源消耗小，可靠性好。


圖1為本發(fā)明振動鑄造實驗裝置垂直直線振動的主視圖； 圖2為本發(fā)明振動鑄造實驗裝置垂直直線振動的俯視圖3為本發(fā)明振動鑄造實驗裝置垂直直線振動的右視圖； 圖4為本發(fā)明振動鑄造實驗裝置45°直線振動的主視圖； 圖5為本發(fā)明振動鑄造實驗裝置水平直線振動的主視圖； 圖6為本發(fā)明振動鑄造實驗裝置三維圓振動的主視圖； 圖7為本發(fā)明振動鑄造實驗裝置三維圓振動的俯視圖。附圖中1 一機架；2—試樣模具；3—模具安裝板；4一振動電機安裝板； 5—振動電機I ； 6—振動電機II; 7—調速器I ； 8—調速器II; 9一減震彈簧；10— 壓縮彈簧；11一壓縮彈簧支撐座；12—壓縮彈簧調節(jié)螺栓；13—調節(jié)絲桿；14一調節(jié) 絲桿緊固螺栓；15—調節(jié)旋轉臂；16—支撐臂；17—支撐臂緊固螺栓；18—模具緊固 螺栓。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明對進一步詳細的說明。如圖1 3所示，振動鑄造裝置包括機架1、試樣模具2、模具安裝裝置、振動裝置、 減震裝置和振動方向調節(jié)裝置。模具安裝裝置包括用于安裝試樣模具2的模具安裝板3和模具緊固螺栓18，模具 安裝板3通過振動裝置安裝在機架1的頂部上方，試樣模具2通過緊固螺栓18安裝在模具 安裝板3上。試樣模具2可旋轉90°安裝，通過變換試樣模具2的安裝方向可獲得XOZ平 面和YOZ平面內不同角度的直線振動。減震裝置包括減震彈簧9、壓縮彈簧10、壓縮彈簧支撐座11和壓縮彈簧調節(jié)螺栓 12。減震彈簧9的一端固定連接在模具安裝板3上，另一端固定連接在機架1的頂部，使模 具安裝板3產(chǎn)生一定振幅的振動，并減輕對機架1的震動。壓縮彈簧支撐座11的兩端向外 彎折，壓縮彈簧支撐座11的一端固定在機架1的頂部，另一端伸向模具安裝板3的上方，壓 縮彈簧10設置在壓縮彈簧支撐座11的另一端與模具安裝板3之間；壓縮彈簧支撐座11的 另一端部設有螺紋孔，壓縮彈簧調節(jié)螺栓12通過螺紋配合的方式穿過壓縮彈簧支撐座11 的螺紋孔，壓縮彈簧調節(jié)螺栓12的底部壓在壓縮彈簧10上。壓縮彈簧10減小模具安裝板 3向上的振動力，減小向上的振動加速度；而且可通過調節(jié)壓縮彈簧調節(jié)螺栓12改變壓縮 彈簧10的減振能力，從而調節(jié)對模具安裝板3的振動力和振幅大小。振動方向調節(jié)裝置包括調節(jié)絲桿13、調節(jié)絲桿緊固螺栓14、調節(jié)旋轉臂15、支撐 臂16和支撐臂緊固螺栓17。調節(jié)旋轉臂15的一端可轉動的連接在模具安裝板3上，另一 端與振動電機安裝板4固定連接(本實施例，調節(jié)旋轉臂15的底部與振動電機安裝板4的 中部固定連接)。調節(jié)絲桿13和支撐臂16設置在調節(jié)旋轉臂15的兩側，調節(jié)絲桿13的一 端可轉動的連接在模具安裝板3上，電機安裝板4的一端以可沿調節(jié)絲桿13的長度方向調 節(jié)的方式與調節(jié)絲桿13的另一端連接(本實施例中，調節(jié)絲桿13上旋套有螺母，螺母通過 調節(jié)絲桿緊固螺栓14與電機安裝板4的一端連接);支撐臂16的一端可轉動的連接在模具 安裝板3上，電機安裝板4的另一端以可沿支撐臂16滑動的方式與支撐臂16的另一端連 接(本實施例中，支撐臂16上沿其長度方向設有條形孔，電機安裝板4的另一端可沿條形孔 移動，移動到位后，電機安裝板4的另一端通過支撐臂緊固螺栓17與支撐臂16固定)。振動裝置包括振動電機安裝板4、振動電機15、振動電機116、調速器17和調速器 118。振動電機15和振動電機116安裝在電機安裝板4上；調速器17串接在振動電機15 與振動電機電源之間，調速器Π8串接在振動電機116與振動電機電源之間。本實施例中，振動裝置為四套，分別設置在模具安裝板3的四個角部位。模具安裝 板3通過四套振動裝置設置在機架1上，振動時模具安裝板3整體受力均勻。振動方向調節(jié)裝置主要是將振動裝置和模具安裝裝置連接起來，用于傳遞振動電 機產(chǎn)生一定頻率、振幅的振動，并調節(jié)振動方向。將調節(jié)絲桿緊固螺栓14和支撐臂緊固螺 栓17松開后，旋動調節(jié)絲桿13便可在0°、0°連續(xù)調節(jié)直線振動方向，從而達到實驗要 求。改變安裝在電機安裝板4上的振動電機15和振動電機116的安裝位置，可以獲得直線 振動(兩臺振動電機轉動軸線平行并相向轉動，如圖廣5)和三維圓振動(兩臺振動電機轉動 軸線垂直，如圖6 7)；調節(jié)兩振動電機自帶偏心激振塊，可以改變振動幅度和激振力；調速 器17和調速器118分別對振動電機15和振動電機116進行調速，以獲得不同振動頻率。
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在使用該振動鑄造實驗裝置時試樣模具2安裝在模具安裝板3上，必須擰緊模具 緊固螺栓18 ；通過調節(jié)絲桿13調節(jié)振動方向，調節(jié)到滿足實驗需求后，必須擰緊調節(jié)絲桿 緊固螺栓14和支撐臂緊固螺栓17。利用振動鑄造實驗裝置對A356鋁合金熔體進行振動澆注實驗，試樣有測定充型 性能的螺旋試樣，測定去氣除雜的試塊，測定水平補縮效果的試塊，測定垂直補縮效果的試 塊以及測定力學性能的拉伸試樣。使用該振動鑄造實驗裝置進行測定的方法，包括如下步驟
(1)利用振動方向調節(jié)裝置的調節(jié)絲桿將振動方向調至所需角度后，擰緊調節(jié)絲桿緊 固螺栓和支撐臂緊固螺栓；
(2)利用調速器調節(jié)振動電機轉速，將振動頻率調整到實驗要求；
(3)調節(jié)振動電機偏心激振塊或調節(jié)壓縮彈簧調節(jié)螺栓，振動幅度達到實驗要求；
(4)將試樣模具溫度預熱到250°C 350°C后，安裝在模具安裝板上；
(5)開啟振動電機，振動裝置運行平穩(wěn)后，將熔煉處理好的金屬熔體澆入試樣模具中；
(6)試樣完全凝固后，關閉振動電機，開模取出試樣；
(7)根據(jù)實驗要求分別改變振動頻率(分別為30ΗΖ，60Ηζ，90Ηζ)、振幅(分別為0.4mm, 0.8mm，1.2mm)及振動方向(分別為垂直直線振動，45°直線振動，水平直線振動，三維圓振 動)等工藝參數(shù)進行振動澆注實驗；
(8)更換試樣模具，重復步驟(1) (7)，對振動在金屬熔體充型、補縮、去氣除雜、細化 晶粒及提高力學性能方面的影響進行試驗；
(9)處理實驗試樣，磨制金相，測量試樣充型長度，觀察試樣針孔、夾雜、縮松缺陷及晶 粒大小，比較拉伸試樣數(shù)據(jù)，分析振動頻率、振幅、振動方向對金屬熔體充型、補縮、去氣除 雜、細化晶粒及提高力學性能的影響及規(guī)律。經(jīng)試驗，該裝置方便可靠，有助于實驗實施及結論的正確。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明 的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種振動鑄造實驗裝置，其特征在于包括機架(1)、試樣模具(2)、模具安裝裝置、 振動裝置、減震裝置和振動方向調節(jié)裝置；所述模具安裝裝置包括用于安裝試樣模具(2)的模具安裝板(3)；所述模具安裝板(3) 通過振動裝置安裝在機架(1)的頂部上方；所述振動裝置包括振動電機安裝板(4)、振動電機I (5)、振動電機II (6)、調速器I (7)和調速器II (8);所述振動電機I (5)和振動電機II (6)安裝在電機安裝板(4)上； 所述調速器I (7)串接在振動電機I (5)與振動電機電源之間，所述調速器II (8)串接在 振動電機11(6)與振動電機電源之間；所述減震裝置包括減震彈簧(9)、壓縮彈簧(10)、壓縮彈簧支撐座(11)和壓縮彈簧調 節(jié)螺栓(12);所述減震彈簧(9)的一端固定連接在模具安裝板(3)上，另一端固定連接在機 架(1)的頂部；所述壓縮彈簧支撐座(11)的一端固定在機架(1)的頂部，另一端伸向模具 安裝板(3 )的上方，所述壓縮彈簧(10 )設置在壓縮彈簧支撐座(11)的另一端與模具安裝板(3)之間；所述壓縮彈簧調節(jié)螺栓(12)通過螺紋配合的方式穿過壓縮彈簧支撐座(11)的另 一端并壓在壓縮彈簧(10)上；所述振動方向調節(jié)裝置包括調節(jié)絲桿(13)、調節(jié)旋轉臂(15)和支撐臂(16)；所述調節(jié) 旋轉臂(15)的一端可轉動的連接在模具安裝板(3)上，另一端與振動電機安裝板(4)固定 連接；所述調節(jié)絲桿(13)和支撐臂(16)設置在調節(jié)旋轉臂(15)的兩側，調節(jié)絲桿(13)和 支撐臂(16)的一端均可轉動的連接在模具安裝板(3)上；所述電機安裝板(4)的一端以可 沿調節(jié)絲桿(13)的長度方向調節(jié)的方式與調節(jié)絲桿(13)的另一端連接；所述電機安裝板(4)的另一端以可沿支撐臂(16)滑動的方式與支撐臂(16)的另一端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的振動鑄造實驗裝置，其特征在于所述振動裝置為四套，分別 設置在模具安裝板(3)的四個角部位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種振動鑄造實驗裝置，包括機架、試樣模具、模具安裝裝置、振動裝置、減震裝置和振動方向調節(jié)裝置；振動裝置包括振動電機安裝板、安裝在振動電機安裝板上的振動電機和控制振動電機的調速器；減震裝置包括減震彈簧、壓縮彈簧、壓縮彈簧支撐座和壓縮彈簧調節(jié)螺栓；振動方向調節(jié)裝置包括調節(jié)絲桿、調節(jié)旋轉臂和支撐臂。本發(fā)明可調節(jié)調速器獲得不同頻率的振動；調節(jié)壓縮彈簧調節(jié)螺栓或振動電機自帶的振幅調節(jié)裝置獲得不同的振幅和振動力；通過調節(jié)絲桿獲得不同方向的直線振動；通過改變試樣模具安裝方向得到不同角度的直線振動；通過振動電機獲得直線振動或三維圓振動。因此滿足金屬材料對不同振動頻率、振幅以及振動方向的實驗要求。
文檔編號B22D27/08GK102069177SQ20111002424
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權日2011年1月21日
發(fā)明者周芝龍, 孫麗萍, 曾禮, 趙建華 申請人:重慶大學