本发明专利技术公开了一种金属铸型超声波辅助铸造方法及装置，本发明专利技术的方法包括如下步骤：S1、对金属铸型进行三维建模；S2、将创建的金属铸型三维模型直接或间接导入到振动仿真软件中；S3、对所创建的金属铸型三维模型进行超声波谐振分析，确定超声装置施加的形式；S4、根据振动仿真软件确定的超声装置施加的形式，在实际金属铸型上施加相应的超声装置；S5、在采用金属铸型铸造过程中，开启超声装置进行辅助铸造。本发明专利技术通过软件仿真的形式，对三维建模进行施加超声装置后进行谐振分析，通过谐振分析获取超声装置的最佳施加方式，既能够有效促进金属液在金属铸型型腔内的流动，特别适用于薄壁件的铸造和加工，还能够提升超声装置的使用寿命。命。命。
【技术实现步骤摘要】
一种金属铸型超声波辅助铸造方法及装置
[0001]本专利技术涉及金属铸造
，具体地说是一种金属铸型超声波辅助铸造 方法及装置。
技术介绍
[0002]金属的铸造成型是指将熔融的金属液浇注到特定形状的铸型，待冷却凝固 后获得铸件的方法，铸型的材质一般为砂型、陶瓷型、金属铸型等。其中砂型 是最为传统的铸型，通常用硅砂加粘结剂制作，而现在随着铝合金等有色合金 铸造的发展，金属铸型应用越来越为广泛，金属铸型故名思意，相对于砂型铸 型即为通过金属代替传统硅砂，而相对于砂型，金属铸型的使用寿命长，可以 反复使用，多用于有色金属铸造，如铝合金、镁合金的铸造常采用金属作为铸 型。
[0003]但是采用金属铸型也存在着明显的局限性：金属铸型透气性差、无退让性、 对金属液的激冷作用强等，这使得铸造过程中铸件凝固快，容易造成卷气、铸 件浇不足、开裂等缺陷，这些问题在铸造薄壁、形状复杂的铸件时尤为突出， 导致废品率增高。为解决上述问题，尤其是为生产复杂铸件，人们在铸造过程 中对金属液施加压力，相应的产生了低压铸造和、差压铸造、高压铸造等方法， 但这些方法对设备要求高，生产成本高，不适应于液相线温度较高的金属铸造 成型。
[0004]现在虽然存在利用超声波进行辅助铸造的现有技术，但是他们是将超声波 变幅杆直接插入到浇注液中，基于浇注液自身的材料属性以及形态属性，超声 波在浇注液中的传播衰减严重，影响范围有限。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是针对以上不足，提供一种金属铸型超声波辅助铸造方法， 解决现在金属铸型在使用过程中合金液冷却快、充填型腔能力差的问题，还提 供一种用于实现上述方法的金属铸型超声波辅助铸造装置。
[0006]本专利技术所采用技术方案是：
[0007]一种金属铸型超声波辅助铸造方法，包括如下步骤：
[0008]S1、对金属铸型进行三维建模；
[0009]S2、将创建的金属铸型三维模型直接或间接导入到振动仿真软件中；
[0010]S3、对所创建的金属铸型三维模型进行谐振分析，选择能够产生产生声压 梯度的超声装置施加形式；
[0011]S4、根据振动仿真软件确定的超声装置施加的形式，在实际金属铸型上施 加相应的超声装置；
[0012]S5、在采用金属铸型铸造过程中，开启超声装置进行辅助铸造。
[0013]作为对本专利技术方法的进一步优化，本专利技术步骤S3中，对所创建的金属铸型 三维模型进行谐振分析的过程包括：
[0014]S301、在金属铸型的端面的上施加超声装置，进行多组工况模拟，每组模 拟工况下在金属铸型上施加的超声装置的数量和/或位置不同，记录每组模拟工 况下施加超声装置后的金属铸型整体的谐振频率；
[0015]S302、确定超声设备的工作频率范围，筛选上述谐振频率位于超声设备工 作频率范围内的模拟工况；当存在多个模拟工况下的谐振频率位于超声设备的 工作频率范围内时，选择超声设备振动幅度最小的模拟工况。
[0016]作为对本专利技术方法的进一步优化，本专利技术步骤S302中，软件模拟仿真与 实际超声波振动会存在误差，位于超声设备工作频率范围内的模拟工况下的谐 振频率，与超声设备工作频率范围的边界值小于0.1的模拟工况应被排除。
[0017]作为对本专利技术方法的进一步优化，本专利技术步骤S4中，所述超声装置包括超 声波发生器、换能器和变幅杆，所述超声波发生器用于模拟产生超声波信号， 并将超声波信号发送给换能器用于产生实际振动，所述换能器通过所述变幅杆 作用在金属铸型的端面上，所述变幅杆的端部连接在金属铸型的端面上。
[0018]作为对本专利技术方法的进一步优化，本专利技术所述变幅杆与金属铸型固定连接 的方式为螺栓连接、键销连接、焊接、卡扣连接和粘接中的其中一种。
[0019]作为对本专利技术方法的进一步优化，本专利技术所述换能器的外侧设置有冷却组 件，所述冷却组件包括冷却盘管，所述冷却盘管用于流通冷却液，冷却盘管包 裹在换能器的外侧，冷却盘管的低位端为进液口，高位端为出液口。
[0020]本专利技术还提供一种金属型超声波辅助铸造装置，包括超声波仿真组件、金 属型和施加在金属型上的超声装置，其中：
[0021]所述超声波仿真组件用于对金属铸型进行三维建模，并对三维模型进行超 声波谐振分析，确定超声装置在金属铸型上的施加形式；
[0022]所述超声装置用于根据上述超声波仿真组件确定的施加形式，固定设置在 金属铸型的端面上，所述施加形式包括超声装置的设置数量和施加位置。
[0023]作为对本专利技术装置的进一步优化，本专利技术所述超声波仿真组件对金属型的 三维模型进行超声波谐振分析包括在金属铸型的端面上施加超声装置，进行多 组工况模拟，每组模拟工况下在金属铸型上施加的超声装置的数量和/或位置不 同，记录每组模拟工况下施加超声装置后的金属铸型整体的谐振频率，筛选上 述谐振频率位于超声设备工作频率范围内的模拟工况，且当存在多个模拟工况 下的谐振频率位于超声设备的工作频率范围内时，选择金属铸型梯度振动，超 声设备振动幅度最小的模拟工况，将该模拟工况的超声装置施加形式作为实际 超声装置的施加形式。
[0024]作为对本专利技术装置的进一步优化，本专利技术所述超声装置包括超声波发生器、 换能器和变幅杆，所述超声波发生器用于模拟产生超声波信号，并将超声波信 号发送给换能器用于产生实际振动，所述换能器与变幅杆通过变幅杆作用在金 属铸型的端面上，所述变幅杆的端部连接在金属铸型的端面上，且所述换能器 的外侧设置有冷却组件，用于避免在铸造过程中的热传导现象影响换能器的正 常工作。
[0025]本专利技术具有以下优点：
[0026]1、本专利技术通过软件仿真的形式，先对金属铸型进行三维建模后，再对三维 建模进行施加超声装置后进行谐振分析，通过谐振分析获取超声装置的最佳施 加方式，既能够有
效促进金属液在金属铸型型腔内的流动，特别适用于薄壁件 的铸造和加工，还能够提升超声装置的使用寿命；
[0027]2、本专利技术通过在金属铸型的端面上施加超声装置，能够通过超声波驱动金 属铸型高频微振动使得铸造过程中合金液与金属铸型内壁之间的润湿条件改 善，并在界面处产生扰动波，该扰动波能够降低合金液与金属铸型之间的摩擦， 提高合金液的流动性以及充填铸型的能力，此外，金属液与金属铸型型壁之间 的气体在高频微振动下随着金属液充填型腔更容易排出，从而避免因窝气导致 的铸件避免凹坑等缺陷，提高所得铸件的完整度。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中描述中 所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术 的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]下面结合附图对本专利技术进一步说明：
[0030]图1为施加超声装置的金属型结构示意图；
[0031]图2为第一应用实例的未加超声装置铸造本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金属铸型超声波辅助铸造方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、对金属铸型进行三维建模；S2、将创建的金属铸型三维模型直接或间接导入到振动仿真软件中；S3、对所创建的金属铸型三维模型进行超声波谐振分析，选择能够产生产生声压梯度的超声装置施加形式；S4、根据振动仿真软件确定的超声装置施加的形式，在实际金属铸型上施加相应的超声装置；S5、在采用金属铸型铸造过程中，开启超声装置进行辅助铸造。2.根据权利要求1所述的金属铸型超声波辅助铸造方法，其特征在于：步骤S3中，对所创建的金属铸型三维模型进行超声波谐振分析的过程包括：S301、在金属铸型的端面的上施加超声装置，进行多组工况模拟，每组模拟工况下在金属铸型上施加的超声装置的数量和/或位置不同，记录每组模拟工况下施加超声装置后的金属铸型整体的谐振频率及金属铸型的振动分布；S302、确定超声设备的最佳工作频率范围，筛选上述谐振频率位于超声设备最佳工作频率范围内的模拟工况；当存在多个模拟工况下的谐振频率位于超声设备的工作频率范围内时，选择金属铸型梯度振动，超声设备振动幅度最小的模拟工况。3.根据权利要求1所述的金属铸型超声波辅助铸造方法，其特征在于：步骤S302中，软件模拟仿真与实际超声波振动会存在误差，位于超声设备工作频率范围内的模拟工况下的谐振频率，与超声设备工作频率范围的边界值小于0.1的模拟工况应被排除。4.根据权利要求2所述的金属铸型超声波辅助铸造方法，其特征在于：步骤S4中，所述超声装置包括超声波发生器、换能器和变幅杆，所述超声波发生器用于模拟产生超声波信号，并将超声波信号发送给换能器用于产生实际振动，所述换能器通过所述变幅杆作用在金属铸型的端面上，所述变幅杆的端部连接在金属铸型的端面上。5.根据权利要求4所述的金属铸型超声波辅助铸造方法，其特征在于：所述变幅杆与金属铸型固定连接的方式为螺栓连接、键销连接、焊接、卡扣连接和粘接中的其中一种。6.根据权利要求4所述的金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：王致明，韩子恒，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：
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