超声波铸造振动系统热模态和宽频频率跟踪的实现及其试验研究

摘要

实践和理论研究表明,在金属铸造过程中施加功率超声可以有效地改善铸锭凝固组织,减小热裂倾向,提高材料的综合性能。针对超声铸造过程的特殊环境,研究高温条件下的超声波振动系统和电源控制系统的特性、研制相关设备显得尤为重要。本文包括以下研究内容:
　　 1、基于有限元软件ANSYS,建立铸造过程中20kHz超声振动系统的热模态模型。研究超声振动系统在铸造过程中谐振频率变化的规律,仿真结果表明:随着温度的升高,谐振频率线性下降,同时,分析超声振动系统的振幅云图,发现在铸造条件下超声振动系统的节面位置变化很小,可以认为节面位置不变。
　　 2、阐述了常用频率跟踪方式的特点,分析了相位跟踪方式的缺点,确定超声电源的频率跟踪方式为电流跟踪方式。结合超声振动系统的谐响应曲线,针对频率跟踪程序中两个重要参数step和range的设置范围提出了有效的建议。
　　 3、进行了超声波铸造实验,实验结果表明,超声铸造过程中谐振频率线性下降,理论分析结果与实验结果一致;同时,研制开发的超声电源采用电流跟踪方式及编制的相关软件是有效和可靠的,完全可以满足超声铸造条件下的特殊工况要求。