[发明专利]一种单声源多向功率超声金属凝固装置与方法

权利要求书

1.一种单声源多向功率超声金属凝固装置，其特征在于：包括金属凝固装置本体，所述金属凝固装置本体包括从顶部浇注的铸模(4)、套装在铸模(4)外围的导波环(8)和连接在导波环(8)上且从多个方向上压紧铸模(4)的外壁的多根变幅杆(5)，其中一根变幅杆(5)为主动变幅杆且连接有超声换能器(6)，相邻两根变幅杆(5)在导波环(8)上的连接点之间的距离为超声换能器(6)振动的半波长的整数倍，所述铸模(4)的上方设置有用于加热熔融合金固体原料并向铸模(4)内浇铸的母合金池(1)。

2.按照权利要求1所述的一种单声源多向功率超声金属凝固装置，其特征在于：还包括金属凝固数据采集及控制器，所述金属凝固数据采集及控制器包括依次连接的声信号采集电路(9)、计算机(10)和超声波电源(11)，以及布设在铸模(4)内且分别靠近多根变幅杆(5)的端头设置的多个声压传感器(14)，所述声压传感器(14)与声信号采集电路(9)连接；所述超声换能器(6)与超声波电源(11)的输出端连接。

3.按照权利要求2所述的一种单声源多向功率超声金属凝固装置，其特征在于：所述变幅杆(5)螺纹连接在导波环(8)上，未连接超声换能器(6)的变幅杆(5)上连接有用于带动变幅杆(5)转动的变幅杆电机(12)，所述超声换能器(6)上连接有用于带动超声换能器(6)和变幅杆(5)整体转动的超声换能器电机(7)，所述计算机(10)上连接有电机驱动器(13)，所述变幅杆电机(12)和超声换能器电机(7)均与电机驱动器(13)的输出端连接。

4.按照权利要求1、2或3所述的一种单声源多向功率超声金属凝固装置，其特征在于：所述导波环(8)为圆形导波环，所述铸模(4)为直四棱柱形，所述变幅杆(5)的数量为四根且均匀布设在导波环(8)上，四根变幅杆(5)分别压紧在铸模(4)的四个外壁面上。

5.按照权利要求1、2或3所述的一种单声源多向功率超声金属凝固装置，其特征在于：所述导波环(8)的最佳厚度采用有限元仿真的方法确定。

6.按照权利要求5所述的一种单声源多向功率超声金属凝固装置，其特征在于：采用有限元仿真的方法确定导波环(8)的最佳厚度的具体过程为：

步骤A1、建立尺寸、材质模型：对铸模(4)、导波环(8)和变幅杆(5)进行尺寸建模，并输入各个零件的材料参数；

步骤A2、建立零件之间的连接关系和边界条件，在零件之间设置摩擦系数，设定变幅杆(5)中的主动变幅杆的振动函数及振动参数，并划分网格；所述振动参数包括振幅和振动频率；

步骤A3、将导波环(8)厚度作为变量，并设定取值范围，进行计算，以每个铸模(4)内壁中央附近熔体中的声压作为观察量，将取得声压峰值的导波环(8)厚度确定为导波环(8)的最佳厚度。