超声波电源的跟频精度对输出振幅及铸锭组织的影响

使用三种不同频率跟踪原理的超声波电源驱动同一超声振动系统进行空载测试及铸造试验。通过测量振动系统的输出振幅及分析铸锭的凝固组织特征,研究超声波电源跟频精度对二者的影响规律。结果表明:在相同条件下,采用模糊控制法与PID法组合控制的超声波电源跟频精度最高,可达6~10 Hz,且不受干扰、稳定性好,超声振动系统在其激励下,空载输出振幅为16.5μm,约为其它两种电源的1.5~2.5倍,用于铸造时获得的铸锭组织细化效果也最好,平均晶粒尺寸达到135μm。     

超声振动系统导纳特性与声场指向性研究

根据力电学类比原理,利用计算机和阻抗分析仪,测试出功率超声振动系统在不同工况下的导纳特性,由导纳圆的精确解总结出了振动系统在不同工况下谐振频率和机械品质因数的变化规律,分析了谐振频率和机械品质因素的本质,探讨了力抗负载和畴壁运动与谐振频率和机械品质因数之间的内在联系.并此确定振动系统在有负载工作时的最佳工作点,以达到电端的最佳匹配.采用瑞利积分并利用Mat lab数学工具,研究了振动系统在不同波数下声场的指向特性,研究表明,随着波数的增大,振动系统的声场指向性越尖锐.     

超声铸造工具杆端面优化设计及模态分析

基于原工具杆,根据Snell定律,综合考虑半连铸时的金属液穴形状、声强度分布及声能利用率,对其端面进行优化,研究并设计了一种新的适合铝合金超声铸造的工具杆,利用有限元方法,采用MSC.Marc软件分析工具杆的共振模态.对比优化前后工具杆的纵向振动频率,发现两者几乎相等,从而验证了设计的准确性,满足匹配要求.优化后的工具杆可以和原振动系统匹配使用,且符合半连铸工况,工作性能良好.     

25 kHz超声铸造系统仿真对比分析

以功率超声振动系统为基础,进行了功率超声振动系统的对比仿真分析.通过一个微小的变量——电极片,讨论了建模时应注意的问题,即因素省略的合理性.结果表明,电极片在系统建模时起着十分重要的作用.     

冷却速度及超声振动协同作用对7085铝合金凝固组织及力学性能的影响

采用炉冷、空冷、水冷3种不同的冷却方式,同时施加超声外场辅助技术,研究冷却速度、超声外场对7085铝合金凝固组织及性能的影响.采用金相显微镜、扫描电子显微镜及电子万能力学试验机对试样进行基体组织、第二相、抗拉强度和伸长率表征,并分析其凝固机理.结果表明:在炉冷、空冷、水冷3种冷却方式下,施加超声外场后各组试样α-Al微观组织细化率分别为40.2％,14.6％,21.6％,晶粒尺寸与冷却速度的拟合关系分别为:LW=154.4+25.33/v,LS=148.1+15.3/v,第二相的面积分数分别相对减少32.1％,16.9％,18.5％,第二相的平均长度及宽度也均相对有所减小,其中7085铝合金的抗拉强度分别提高21.7％,21.7％,3.6％,引入超声外场辅助技术后,相比于未施加超声组试样,7085铝合金的伸长率也得到进一步提升,分别提高31.3％,15.7％,41.4％.在超声外场及水冷协同作用下,7085铝合金微观组织及力学性能更佳.     

7A09铝合金液压缸的开裂失效分析

轻量化的7A09铝合金液压缸在脉冲载荷疲劳试验后发生开裂。使用金相显微镜、直读式光谱仪、电子万能试验机、扫描电子显微镜、能谱仪对7A09铝合金液压缸进行了失效分析,找到了7A09铝合金液压缸开裂失效的原因。结果表明,液压缸的失效是因为在进油孔螺纹处存在应力集中,在交变载荷作用下应力集中使螺纹表面的杂质元素氧化物周围萌生微裂纹,导致开裂失效。     

超声场对7B50铝合金凝固组织的影响

7B50铝合金是一种高强高韧铝合金,对其铸造组织的晶粒进行细化能大幅度提高其力学性能.通过在7B50铝合金铸造过程中施加超声外场,使其铸造组织的晶粒得到显著细化,平均晶粒尺寸约为80μm,并对超声细化晶粒组织的机理进行了分析,其研究结果对7B50铝合金半连续铸造实践具有指导意义.     

基于Fuzzy-PID的大规格铸锭结晶器液位控制

大规格铸锭工艺过程复杂,其结晶器液位控制直接影响到铸锭的质量,针对液位控制的时变性和滞后性,建立液位控制系统的数学模型,采用模糊自适应PID控制策略,给出模糊控制规则并进行了控制器的设计,实现了PID参数的在线自整定,Matlab仿真结果表明该系统较常规PID控制具有更好的鲁棒性。在S7-300PLC的基础上改进液位闭环控制程序,加入模糊控制,通过软件WinCC flexible组态触摸屏监控画面,建立与PLC的连接,控制过程与Matlab仿真结果一致。     

超声辐射杆振幅分布与空蚀区域

利用激光测距仪对铸造用超声系统辐射杆进行振动测试,基于比值校正法对所测振动序列进行幅值谱校正后得到辐射杆端面与柱面的位移幅值分布。测试结果表明该超声系统振动以纵向振动为主,同时存在较强的纵横耦合振动。通过超声系统辐射杆空化腐蚀试验,发现辐射杆端面腐蚀均匀分布,柱面腐蚀则出现在振幅大于2.2μm的区域。结合柱面振幅分布与空化腐蚀区域推算出700°C时7050铝合金熔体的空化阈值约为1.1 MPa。     

超声场作用下7050铝合金的溶质再分配与组织形成的建模仿真与分析

对不施加超声、施加300 W、1 000 W功率超声处理的半连铸成形7050铝合金大扁锭进行晶粒细化的实验研究,并基于元胞自动机-有限元(CAFE)法,建立7050铝合金形核和晶粒生长的数学模型,得到形核参数对仿真结果的作用规律。依靠成分过冷发展的初始阶段建立生长限制因数Q的物理模型,对超声细化晶粒的机制进行说明。模拟和实验结果表明:1 000 W功率超声的晶粒细化效果最佳,此时晶粒的平均尺寸为204μm;模具表面形核的高斯分布平均过冷度、模具表面以及熔体内部形核的高斯分布标准方差对预测晶粒结构影响不大,模具表面及熔体内部形核的高斯分布最大形核密度、熔体内部形核的高斯分布平均过冷度对仿真结果影响显著;晶粒尺寸随Q值增大呈大致单调递减趋势,晶粒大小与Q具有良好的关联性。