專利名稱：一種物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬流動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種試驗(yàn)裝置，尤其是一種適用于物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬充型流動(dòng)以及補(bǔ)縮滲流流動(dòng)的裝置。
背景技術(shù)：
液態(tài)金屬的流動(dòng)性是金屬的鑄造性能之一，與金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量及其物理性質(zhì)有關(guān)。在研究液態(tài)金屬流動(dòng)性的實(shí)際問(wèn)題中，常用的兩種方法一是數(shù)值模擬；二是物理模擬。由于流體流動(dòng)的復(fù)雜性，目前有許多實(shí)際問(wèn)題尚不能通過(guò)數(shù)值模擬解決，只能借助實(shí)驗(yàn)手段的配合去尋找流動(dòng)過(guò)程的規(guī)律性，既通過(guò)物理模擬手段，把個(gè)別現(xiàn)象的研究結(jié)果，推廣到與模型相似的一系列現(xiàn)象上去，從而節(jié)省大量的時(shí)間、人力、物力及財(cái)力。當(dāng)今物理模擬研究液態(tài)金屬流動(dòng)性中最常用的是水模擬。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都用水模擬來(lái)揭示液態(tài)金屬的流動(dòng)規(guī)律。用水模擬垂直縫隙式澆注系統(tǒng)液態(tài)金屬充型過(guò)程，采用自制的測(cè)試裝置首次將氫氣泡測(cè)試技術(shù)用于水模擬連鑄結(jié)晶器中的流速測(cè)定。同時(shí)有人用鎵作為模擬材料對(duì)電磁場(chǎng)下大型薄壁件的充型流動(dòng)行為進(jìn)行了物理模擬。雖然國(guó)內(nèi)外關(guān)于物理模擬液態(tài)金屬流動(dòng)性進(jìn)行了一些研究，但是這些研究只能定性化，不能定量化，因此物理模擬技術(shù)向著定量化的方向發(fā)展，人們除了要求物理模擬方法有可視性，可以研究流體運(yùn)動(dòng)的全貌，定性的說(shuō)明液體的充型狀態(tài)，又要求物理模擬能對(duì)某一時(shí)刻的充型狀態(tài)進(jìn)行定量分析。為了克服不能定量分析這一弊端，人們又發(fā)展了計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)。目前國(guó)外已有采用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)對(duì)水模擬方法進(jìn)行定量分析，對(duì)某一時(shí)刻液體的充型流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析。如采用光學(xué)儀器、激光發(fā)生器、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀等一系列先進(jìn)設(shè)備，對(duì)示蹤因子進(jìn)行全方位跟蹤、 模擬，最后在計(jì)算機(jī)中按帖進(jìn)行播放，形成流動(dòng)的整個(gè)過(guò)程。采用多點(diǎn)測(cè)試收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)在屏幕上顯示鑄件澆注系統(tǒng)水模擬試驗(yàn)中液體的充型狀態(tài)，并定量的分析某一時(shí)刻的充型流動(dòng)狀態(tài)。然而此種方法只是進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)，在立式離心力場(chǎng)下物理模擬液態(tài)金屬充型流動(dòng)還未見(jiàn)報(bào)道，同時(shí)關(guān)于物理模擬液態(tài)金屬補(bǔ)縮凝固缺陷的滲流流動(dòng)過(guò)程還沒(méi)有文獻(xiàn)記載。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便， 功能齊全，效果良好的物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬流動(dòng)的裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬流動(dòng)裝置，包括立式離心鑄造設(shè)備、連接立式離心鑄造設(shè)備的離心轉(zhuǎn)臺(tái)控制器，立式離心鑄造設(shè)備上設(shè)有有機(jī)透明玻璃鑄型模具，有機(jī)玻璃鑄型模具為模擬流體充型流動(dòng)的鑄型模具或滲流流動(dòng)的鑄型模具，均由多層經(jīng)螺栓緊固在一起的有機(jī)玻璃板制成，有機(jī)透明玻璃鑄型模具上設(shè)有有機(jī)玻璃澆道，有機(jī)玻璃澆道的上方設(shè)有液態(tài)金屬導(dǎo)向器；液態(tài)金屬導(dǎo)向器的一側(cè)設(shè)有每秒鐘拍攝100 500張照片的實(shí)時(shí)拍攝液態(tài)金屬充型或滲流進(jìn)入型腔過(guò)程的高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)經(jīng)導(dǎo)線連接有計(jì)算機(jī)。[0005]所述的離心鑄造設(shè)備包含電動(dòng)機(jī)、設(shè)在電動(dòng)機(jī)輸出軸上的離心轉(zhuǎn)盤；所述的離心轉(zhuǎn)臺(tái)控制器包括變頻器、控制立式離心鑄造設(shè)備的控制開(kāi)關(guān)；所述的充型流動(dòng)的鑄型模具由三塊有機(jī)玻璃圓板組成，三個(gè)有機(jī)玻璃圓板用螺栓緊固而成；所述的補(bǔ)縮滲流流動(dòng)的鑄型模具由四塊有機(jī)玻璃方板組成，四塊有機(jī)玻璃方板用螺栓緊固而成。包括立式離心鑄造設(shè)備、轉(zhuǎn)臺(tái)控制面板、有機(jī)透明玻璃鑄型、液態(tài)金屬導(dǎo)向器、高速攝像機(jī)、高性能計(jì)算機(jī)。離心鑄造設(shè)備包含電動(dòng)機(jī)、離心轉(zhuǎn)盤，離心控制面板包含變頻器、控制開(kāi)關(guān)，有機(jī)玻璃鑄型由多層用螺栓緊固的有機(jī)玻璃板制成，并配有有機(jī)玻璃澆道。有益效果由于采用了上述技術(shù)方案，不僅能了解物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬充型流動(dòng)以及補(bǔ)縮滲流流動(dòng)的過(guò)程，而且還能夠定量計(jì)算出充型流動(dòng)以及滲流流動(dòng)過(guò)程中流量等一些實(shí)驗(yàn)參數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)選用合適的離心旋轉(zhuǎn)速度，旋轉(zhuǎn)速度使用控制面板上的變頻器來(lái)調(diào)節(jié)，打開(kāi)電源和控制開(kāi)關(guān)，有機(jī)玻璃鑄型隨著離心轉(zhuǎn)盤一起旋轉(zhuǎn)，把物理模擬流體通過(guò)液態(tài)金屬導(dǎo)向器澆注到有機(jī)玻璃鑄型中，模擬流體由于受到離心力的作用， 在充型流動(dòng)時(shí)開(kāi)始充填型腔，在滲流流動(dòng)時(shí)通過(guò)模擬多孔介質(zhì)滲流流動(dòng)補(bǔ)縮型腔，采用高速攝像機(jī)時(shí)時(shí)拍攝下流體的動(dòng)態(tài)過(guò)程，通過(guò)計(jì)算機(jī)把采集到的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，試驗(yàn)后作進(jìn)一步分析。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于推廣使用，觀察方便，功能齊全，具有廣泛使用性。

圖1是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-立式離心鑄造設(shè)備，2-離心轉(zhuǎn)臺(tái)控制器，3-有機(jī)透明玻璃鑄型模具，4-液態(tài)金屬導(dǎo)向器，5-高速攝像機(jī)，6-計(jì)算機(jī)，7-電動(dòng)機(jī)，8-離心轉(zhuǎn)盤，9-變頻器，10-控制開(kāi)關(guān)，11-螺栓，12-有機(jī)玻璃板，13-有機(jī)玻璃澆道。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述如圖1所示本實(shí)用新型的物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬流動(dòng)裝置主要由立式離心鑄造設(shè)備1、離心轉(zhuǎn)臺(tái)控制器2、有機(jī)透明玻璃鑄型模具3、高速攝像機(jī)5構(gòu)成。離心鑄造設(shè)備1主要由電動(dòng)機(jī)7、設(shè)在電動(dòng)機(jī)7輸出軸上的離心轉(zhuǎn)盤8構(gòu)成。立式離心鑄造設(shè)備 1上連接有離心轉(zhuǎn)臺(tái)控制器2，離心轉(zhuǎn)臺(tái)控制器2主要由變頻器9、控制立式離心鑄造設(shè)備1 的控制開(kāi)關(guān)10構(gòu)成。立式離心鑄造設(shè)備1上設(shè)有有機(jī)透明玻璃鑄型模具3，機(jī)玻璃鑄型模具3為模擬流體充型流動(dòng)的鑄型模具或滲流流動(dòng)的鑄型模具，均由多層經(jīng)螺栓11緊固在一起的有機(jī)玻璃板12制成，其中充型流動(dòng)的鑄型模具由三塊有機(jī)玻璃圓板組成，三個(gè)有機(jī)玻璃圓板用螺栓11緊固而成；補(bǔ)縮滲流流動(dòng)的鑄型模具由四塊有機(jī)玻璃方板組成，四塊有機(jī)玻璃方板用螺栓11緊固而成。有機(jī)透明玻璃鑄型模具3上設(shè)有有機(jī)玻璃澆道13，有機(jī)玻璃澆道13的上方設(shè)有液態(tài)金屬導(dǎo)向器4 ；液態(tài)金屬導(dǎo)向器4的一側(cè)設(shè)有每秒鐘拍攝100 500張照片的實(shí)時(shí)拍攝液態(tài)金屬充型或滲流進(jìn)入型腔過(guò)程的高速攝像機(jī)5，高速攝像機(jī)5經(jīng)導(dǎo)線連接有計(jì)算機(jī)6。使用時(shí)，模擬滲流流動(dòng)時(shí)，把裝配好的玻璃鑄型模具用螺栓11緊固在立式離心鑄造設(shè)備1的離心轉(zhuǎn)盤上，應(yīng)用離心控制開(kāi)關(guān)10控制離心轉(zhuǎn)盤8，根據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)需要選用合適的離心旋轉(zhuǎn)速度，旋轉(zhuǎn)速度使用離心轉(zhuǎn)臺(tái)控制器2控制面板上的變頻器9來(lái)調(diào)節(jié)，打開(kāi)電源和控制開(kāi)關(guān)10，有機(jī)玻璃鑄型隨著離心轉(zhuǎn)盤8 —起旋轉(zhuǎn)，把物理模擬流體通過(guò)液態(tài)金屬導(dǎo)向器澆注到有機(jī)透明玻璃鑄型模具3中，模擬流體由于受到離心力的作用，在充型流動(dòng)時(shí)開(kāi)始充填型腔，在滲流流動(dòng)時(shí)通過(guò)模擬多孔介質(zhì)滲流流動(dòng)補(bǔ)縮型腔，采用高速攝像機(jī)時(shí)時(shí)拍攝下流體的動(dòng)態(tài)過(guò)程，通過(guò)計(jì)算機(jī)把采集到的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，試驗(yàn)后作進(jìn)一步分析。
權(quán)利要求1.一種物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬流動(dòng)裝置，其特征在于它包括立式離心鑄造設(shè)備(1)、連接立式離心鑄造設(shè)備(1)的離心轉(zhuǎn)臺(tái)控制器(2)，立式離心鑄造設(shè)備(1)上設(shè)有有機(jī)透明玻璃鑄型模具(3)，有機(jī)玻璃鑄型模具(3)為模擬流體充型流動(dòng)的鑄型模具或滲流流動(dòng)的鑄型模具，均由多層經(jīng)螺栓(11)緊固在一起的有機(jī)玻璃板(12)制成，有機(jī)透明玻璃鑄型模具(3)上設(shè)有有機(jī)玻璃澆道(13)，有機(jī)玻璃澆道(13)的上方設(shè)有液態(tài)金屬導(dǎo)向器(4);液態(tài)金屬導(dǎo)向器(4)的一側(cè)設(shè)有每秒鐘拍攝100 500張照片的實(shí)時(shí)拍攝液態(tài)金屬充型或滲流進(jìn)入型腔過(guò)程的高速攝像機(jī)(5 )，高速攝像機(jī)(5 )經(jīng)導(dǎo)線連接有計(jì)算機(jī)(6 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬流動(dòng)裝置，其特征在于 所述的離心鑄造設(shè)備(1)包含電動(dòng)機(jī)(7 )、設(shè)在電動(dòng)機(jī)(7 )輸出軸上的離心轉(zhuǎn)盤(8 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬流動(dòng)裝置，其特征在于 所述的離心轉(zhuǎn)臺(tái)控制器(2)包括變頻器(9)、控制立式離心鑄造設(shè)備(1)的控制開(kāi)關(guān)(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬流動(dòng)裝置，其特征在于 所述的充型流動(dòng)的鑄型模具由三塊有機(jī)玻璃圓板組成，三個(gè)有機(jī)玻璃圓板用螺栓(11)緊固而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬流動(dòng)裝置，其特征在于 所述的補(bǔ)縮滲流流動(dòng)的鑄型模具由四塊有機(jī)玻璃方板組成，四塊有機(jī)玻璃方板用螺栓(11) 緊固而成。
專利摘要一種物理模擬立式離心力場(chǎng)下液態(tài)金屬流動(dòng)裝置，適用于離心力場(chǎng)下以及重力場(chǎng)下物理模擬液態(tài)金屬充填鑄型流動(dòng)和通過(guò)枝晶補(bǔ)縮凝固缺陷滲流流動(dòng)過(guò)程，它包括立式離心鑄造設(shè)備、連接立式離心鑄造設(shè)備的離心轉(zhuǎn)臺(tái)控制器，立式離心鑄造設(shè)備上設(shè)有有機(jī)透明玻璃鑄型模具，有機(jī)玻璃鑄型模具為模擬流體充型流動(dòng)的鑄型模具或滲流流動(dòng)的鑄型模具，均由多層經(jīng)螺栓緊固在一起的有機(jī)玻璃板制成，有機(jī)透明玻璃鑄型模具上設(shè)有有機(jī)玻璃澆道，有機(jī)玻璃澆道的上方設(shè)有液態(tài)金屬導(dǎo)向器；液態(tài)金屬導(dǎo)向器的一側(cè)設(shè)有每秒鐘拍攝100～500張照片的實(shí)時(shí)拍攝液態(tài)金屬充型或滲流進(jìn)入型腔過(guò)程的高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)經(jīng)導(dǎo)線連接有計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，觀察方便。
文檔編號(hào)G01N11/00GK202024943SQ201120045418
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者劉愛(ài)輝, 李邦盛, 袁芳, 郭景杰, 隋艷偉 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)