一种铝合金砂型重力铸造超声波应力调控装置

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体是指一种铝合金砂型重力铸造超声波应力调控装置。

背景技术

铝合金铸造是制造业中常见的一种生产工艺，其过程中会产生热应力造成的残余应力。该残余应力会严重影响铝合金铸件的外形精度、性能和寿命，因此需要采取措施减少铝合金铸件内的残余应力。国内对于铝合金铸件的残余应力消减和均化方法的研究应用，不论是传统的自然时效法、热时效法、振动法还是超声冲击和电击法等等，都是在铝合金铸件凝固冷却固相后实施应力处理，未实现铝合金铸件热态液相转换冷凝固相过程中消减残余应力处理。如何能够在铝合金铸件热态液相转化为固相凝固冷缩过程中的残余应力进行调控，是有待解决的技术问题。

专利号为CN116037852A的专利公开了一种减少框架类铸件残余应力的工艺方法，其方案特征在于在合理的位置上布置的树脂砂减少铸件冷固时收缩阻碍，从而减少铸件残余应力。然而这方案适用简单框架构件，对具有复杂外型面的铝合金铸造件不适用。

发明内容

铝合金铸件在液相转化固相过程中，由于各部分的冷却速度差异、收缩受阻及组织转变引起体积变化等因素，不可避免的会产生铝合金铸造应力。如果铝合金铸造应力未得到释放，将会以残余应力的形式保留在铸件内。该残余应力影响铝合金铸件外形精度、力学性能、结构稳定性等等，严重时铝合金铸件还会发生开裂。

基于上述问题本发明公开了一种铝合金砂型重力铸造超声波应力调控装置，能在铝合金铸造凝固冷缩时消减及均化其残余应力,以解决上述背景技术中提出的问题的。该装置是在铝合金铸造时热态液相转化冷凝固相过程中利用高能声束激励器通过超声波高频振动方式发出高能声束注入铝合金铸件内，让它对铸件凝固冷缩产生的残余应力及时调控,使铝合金铸件残余应力消减及均化。

本发明方案是根据铝合金铸件结构应力调控专用砂型布置振动冷铁多个，振动冷铁一端在砂型内部连接液态铝合金表面，一端连接变幅杆。变幅杆内部用螺柱与23KHz高能声束激励器锁紧 外部用塞打螺丝和应力调控工作台板固定。23KHz高能声束激励器在铝合金铸件高温重力铸造时利用变幅杆及振动冷铁对其表面产生每秒2万次的高频振动，在铝合金铸件热态液相下注入高能声束改变金相结构，消减残余应力。

一种铝合金砂型重力铸造超声波应力调控应力调控装置其特征在于：包括了应力调控工作台、23KHz高能声束激励装置、应力调控温控系统、23KHz超声波电源控制系统、应力调控专用砂型。

优选的，应力调控工作台包括应力调控台、导向板、台板、隔热棉、钣金外壳。

优选的，应力调控工作台导向板上端设计R2圆弧和10°引角引导应力专用砂型安装。

优选的，应力调控工作台和应力专用砂型之间安装隔热棉降低工作台温度。

优选的，23KHz高能声束激励装置包括；激励器、变幅杆、振动冷铁、6个塞打螺丝、6个压缩弹簧。

优选的，23KHz高能声束激励装置变幅杆用6个塞打螺丝加装压缩弹簧安装在应力调控工作台上。

优选的，23KHz高能声束激励装置振动冷铁一端连接变幅杆输出声束面，一端连接铝合金铸件表面，在铝合金铸件热态液相转化冷凝固相过程中注入高能声束改变金相结构，消减残余应力。

优选的，应力调控温控系统包括陶瓷温控开关、散热电风扇。

优选的,应力调控专用砂型可根据铝合金铸件结构，预留振动冷铁孔位对具有复杂表面的铝合金铸件进行残余应力调控。

本发明的一种铝合金砂型重力铸造超声波应力调控装置：1.用高能声束激励装置将高能量弹性波按声束方向注入铝合金铸件内部 ，在其还处于浇铸热态液相时，23KHz高能声束激励装置将发出的高能声束通过变幅杆和振动冷铁振动注入铝合金铸件内，让它对铝合金铸件在凝固和冷却产生的残余应力进行有效消减，均化和平衡残余应力，达到减小铝合金铸件变形和开裂的效果。 2.可根据铝合金铸件外型需求改变变幅杆和振动冷铁位置，达到能对具有复杂表面的铝合金铸件调控残余应力的要求。

附图说明

图1 一种铝合金砂型重力铸造超声波应力调控装置立体图；

图2一种铝合金砂型重力铸造超声波应力调控装置主视图；

图3 一种铝合金砂型重力铸造超声波应力调控装置侧视图；

图4 23KHz高能声束激励装置和应力调控专用砂型装配图；

图5 应力调控工作台振动冷铁点位布置图；

图6 23KHz高能声束激励装置；

图7 应力调控工作台导向板。

图2包括导向板固定螺丝（1）、应力调控工作台 （2）、工作台板 （3）、振动冷铁（4）、变幅杆 （5）、23KHz高能声束激励器 （6）、导向板（7）、压缩弹簧（8）、塞打螺丝（9）、工作台板固定螺丝（10）、隔热棉（11）、砂型固定螺丝（12）、应力调控工作台外壳钣金（18）、陶瓷温控仪（19）；

图3包括散热电风扇（12）；

图4包括应力调控工作台 （2）、振动冷铁（4）、变幅杆（5）、23KHz高能声束激励器（6）、砂型固定螺丝（12）、应力调控专用砂型浇铸环（14）、应力调控专用砂型上箱体（15）、应力调控专用砂型下箱体（16）、23KHz超声波电源（17）、铝合金铸件铸造位置（20）；

图5包括振动冷铁（4）、砂型固定螺丝（11）、应力调控专用砂型下箱体（16）；

图6振动冷铁（4）、变幅杆（5）、23KHz高能声束激励器（6）、压缩弹簧（8）、塞打螺丝（9）、陶瓷温控开关（19）。

具体实施方式

一种铝合金砂型重力铸造超声波应力调控装置，装配顺序参考图2：应力调控工作台（2）和工作台板（3）用工作台固定螺丝（10）锁紧；四边安装导向板（7）用导向板固定螺丝（1）固定；工作台（2）上安装隔热棉（11）；23KHz高能声束激励器(6)和变幅杆(5)用螺柱固定；变幅杆（5）用6个塞打螺丝(9）和6根压缩弹簧（8）固定在工作台板（3）下侧；振动冷铁（4）下端面摸上黄油后平放在变幅杆（5）上端面上；应力调控专用砂型下箱体（16）以导向板（7）定位安装在工作台（2）上；应力调控专用砂型下箱体（16）和工作台（2）用砂型固定螺丝（11）锁紧；外壳钣金（18）两侧各安装4台散热电风扇（12）；外壳钣金（18）安装在工作台（2）两侧；23KHz高能声束激励器（6）连接23KHz超声波电源（17）。

一种铝合金砂型重力铸造超声波应力调控装置调控残余应力包括了以下步骤参考图4：基于铝合金浇铸重力砂型内部的结构，确定23KHz高能声束激励器(6)布置方案；23KHz高能声束激励器(6)安装方案包含了振动冷铁（4）在砂型上的布置，23KHz高能声束激励器(6)调控的功率、幅度、声束入射方向和聚焦区域的能量；工作台板（3）预先加工好变幅杆(4)通孔位和固定螺丝孔；工作台板（3）安装在工作台（2）上；工作台板（3）对23KHz高能声束激励器(6)及变幅杆(5)固定；变幅杆(5)固定后涂膜黄油再放振动冷铁4；应力调控专用砂型下箱体（16）预留振动冷铁（4）孔位；引导板（7）引导应力调控专用砂型下箱体（16）以安装在工作台（2）上 注意检查振动冷铁（4）是否在孔位，压缩弹簧（8）是否卡顿；外壳钣金（18）安装散热电风扇（12）；所有23KHz高能声束激励器(6)接连23KHz超声波电源（17）后通电测试正常后待机；应力调控专用砂型上箱体（15）与应力调控专用砂型下箱体（16）涂膜胶水后合封；应力调控专用砂型上箱体（15）上放置应力调控专用砂型浇铸环（14）；待胶水凝固后，打开23KHz超声波电源（17）、散热电风扇（12）输入功率；浇铸铝水；铝水浇铸完后23KHz高能声束激励器（6）继续调控2小时后停止。