[发明专利]基于功率超声与压力耦合的挤压铸造方法及设备

权利要求书

1.基于功率超声与压力耦合的挤压铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预热挤压铸造设备的模具型腔；

(2)将金属熔体加热至预设温度后，浇入模具型腔中，同时开启保温加热器，对模具型腔进行保温；

(3)开启功率超声发生器，产生的超声波对金属熔体进行功率超声振动，同时，液压机的冲头向金属熔体施加压力，功率超声和压力协同耦合作用，直至金属熔体完全凝固，形成金属固体；

(4)开启模具冷却系统和数据采集器，通过模具冷却系统对模具型腔进行冷却，同时，数据采集器在模具型腔腔壁的外侧面上采集相应的实验数据并处理。

2.根据权利要求1所述基于功率超声与压力耦合的挤压铸造方法，其特征在于，所述步骤(1)中，模具型腔的预热温度为250℃；

所述步骤(2)中，金属熔体的预设温度为液相线以上10～100℃的温度范围；保温加热器对模具型腔进行保温时，模具型腔内侧面的温度保持在500～550℃。

3.根据权利要求1所述基于功率超声与压力耦合的挤压铸造方法，其特征在于，所述步骤(3)中，功率超声发生器从模具型腔的侧面插入金属熔体中，对金属熔体进行功率超声振动，超声波频率为20KHz，超声波功率为0～2200W；

液压机的冲头由上至下向金属熔体施加压力，冲头直接与金属熔体相接触，挤压比压为0～75MPa，挤压速度为0.03～0.06m/s，保压时间为30s。

4.根据权利要求3所述基于功率超声与压力耦合的挤压铸造方法，其特征在于，所述功率超声发生器中，通过超声波导入杆的杆尖插入金属熔体中，插入的深度为2～5mm；功率超声发生器使用前，超声波导入杆的杆尖处涂抹脱模剂。

5.根据权利要求1所述基于功率超声与压力耦合的挤压铸造方法，其特征在于，所述数据采集器中采集并处理实验数据时，先通过压力传感器和温度传感器采集相应的压力值和温度值，然后通过数据采集卡将各压力值和温度值送至主控单元进行数据处理，得到压力与时间的关系曲线和温度与时间的关系曲线。

6.用于权利要求1～5任一项所述方法的基于功率超声与压力耦合的挤压铸造设备，其特征在于，包括模具型腔、保温加热器、冲头、功率超声发生器、模具冷却系统和数据采集器，金属熔体置于模具型腔中，模具型腔的腔壁中设有保温加热器，冲头设于模具型腔上方，功率超声发生器穿过模具型腔的腔壁后，从模具型腔的侧面插入金属熔体中，模具型腔外周设有模具冷却系统，数据采集器与模具型腔的腔壁外侧连接。

7.根据权利要求6所述基于功率超声与压力耦合的挤压铸造设备，其特征在于，所述功率超声发生器包括依次连接的超声波换能器、超声波变幅杆和超声波导入杆，超声波导入杆的末端带有杆尖，杆尖穿过模具型腔的腔壁后，从模具型腔的侧面插入金属熔体中。

8.根据权利要求7所述基于功率超声与压力耦合的挤压铸造设备，其特征在于，所述超声波导入杆与模具型腔腔壁的相接处设有密封机构，通过端盖固定于模具型腔的腔壁上，密封机构包括模具侧静环、模具侧动环组件、大气侧静环、大气侧动环组件、动环座和密封盖，模具侧静环和大气侧静环分别位于密封设备的两端，模具侧静环的外端面与端盖相连接，模具侧静环的外圆柱面和大气侧静环的外圆柱面分别与密封盖相连接，模具侧静环、大气侧静环和密封盖之间形成密封空间，密封空间内设有模具侧动环组件、大气侧动环组件和动环座，模具侧动环组件和大气侧动环组件分别设于动环座两端。

9.根据权利要求6所述基于功率超声与压力耦合的挤压铸造设备，其特征在于，所述模具冷却系统为水冷系统，包括冷却水循环通道和板式水冷换热器，模具型腔的腔壁外周设有冷却水循环通道，冷却水循环通道的进水口和出水口分别与板式水冷换热器连接。

10.根据权利要求6所述基于功率超声与压力耦合的挤压铸造设备，其特征在于，所述数据采集器包括压力传感器、温度传感器、数据采集卡和单片机，模具型腔的腔壁外侧开有多个数据采集通道，压力传感器和温度传感器分别设于数据采集通道内，压力传感器通过数据采集卡与单片机连接，温度传感器通过数据采集卡与单片机连接；单片机上设有串行通讯接口。