專利名稱：一種物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬流動裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種試驗裝置，尤其是一種適用于物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬充型流動以及補縮滲流流動的裝置。
背景技術：
液態(tài)金屬的流動性是金屬的鑄造性能之一，與金屬的成分、溫度、雜質含量及其物理性質有關。在研究液態(tài)金屬流動性的實際問題中，常用的兩種方法一是數值模擬；二是物理模擬。由于流體流動的復雜性，目前有許多實際問題尚不能通過數值模擬解決，只能借助實驗手段的配合去尋找流動過程的規(guī)律性，既通過物理模擬手段，把個別現象的研究結果，推廣到與模型相似的一系列現象上去，從而節(jié)省大量的時間、人力、物力及財力。當今物理模擬研究液態(tài)金屬流動性中最常用的是水模擬。國內外很多學者都用水模擬來揭示液態(tài)金屬的流動規(guī)律。用水模擬垂直縫隙式澆注系統液態(tài)金屬充型過程，采用自制的測試裝置首次將氫氣泡測試技術用于水模擬連鑄結晶器中的流速測定。同時有人用鎵作為模擬材料對電磁場下大型薄壁件的充型流動行為進行了物理模擬。雖然國內外關于物理模擬液態(tài)金屬流動性進行了一些研究，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，可以研究流體運動的全貌，定性的說明液體的充型狀態(tài)，又要求物理模擬能對某一時刻的充型狀態(tài)進行定量分析。為了克服不能定量分析這一弊端，人們又發(fā)展了計算機可視化技術。目前國外已有采用計算機可視化技術對水模擬方法進行定量分析，對某一時刻液體的充型流動狀態(tài)進行分析。如采用光學儀器、激光發(fā)生器、數碼相機、掃描儀等一系列先進設備，對示蹤因子進行全方位跟蹤、 模擬，最后在計算機中按帖進行播放，形成流動的整個過程。采用多點測試收集試驗數據輸送給計算機，由計算機在屏幕上顯示鑄件澆注系統水模擬試驗中液體的充型狀態(tài)，并定量的分析某一時刻的充型流動狀態(tài)。然而此種方法只是進行了初步實驗，在立式離心力場下物理模擬液態(tài)金屬充型流動還未見報道，同時關于物理模擬液態(tài)金屬補縮凝固缺陷的滲流流動過程還沒有文獻記載。
發(fā)明內容本實用新型的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種結構簡單，使用方便， 功能齊全，效果良好的物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬流動的裝置。為實現上述目的，本實用新型的物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬流動裝置，包括立式離心鑄造設備、連接立式離心鑄造設備的離心轉臺控制器，立式離心鑄造設備上設有有機透明玻璃鑄型模具，有機玻璃鑄型模具為模擬流體充型流動的鑄型模具或滲流流動的鑄型模具，均由多層經螺栓緊固在一起的有機玻璃板制成，有機透明玻璃鑄型模具上設有有機玻璃澆道，有機玻璃澆道的上方設有液態(tài)金屬導向器；液態(tài)金屬導向器的一側設有每秒鐘拍攝100 500張照片的實時拍攝液態(tài)金屬充型或滲流進入型腔過程的高速攝像機，高速攝像機經導線連接有計算機。[0005]所述的離心鑄造設備包含電動機、設在電動機輸出軸上的離心轉盤；所述的離心轉臺控制器包括變頻器、控制立式離心鑄造設備的控制開關；所述的充型流動的鑄型模具由三塊有機玻璃圓板組成，三個有機玻璃圓板用螺栓緊固而成；所述的補縮滲流流動的鑄型模具由四塊有機玻璃方板組成，四塊有機玻璃方板用螺栓緊固而成。包括立式離心鑄造設備、轉臺控制面板、有機透明玻璃鑄型、液態(tài)金屬導向器、高速攝像機、高性能計算機。離心鑄造設備包含電動機、離心轉盤，離心控制面板包含變頻器、控制開關，有機玻璃鑄型由多層用螺栓緊固的有機玻璃板制成，并配有有機玻璃澆道。有益效果由于采用了上述技術方案，不僅能了解物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬充型流動以及補縮滲流流動的過程，而且還能夠定量計算出充型流動以及滲流流動過程中流量等一些實驗參數。根據實驗參數選用合適的離心旋轉速度，旋轉速度使用控制面板上的變頻器來調節(jié)，打開電源和控制開關，有機玻璃鑄型隨著離心轉盤一起旋轉，把物理模擬流體通過液態(tài)金屬導向器澆注到有機玻璃鑄型中，模擬流體由于受到離心力的作用， 在充型流動時開始充填型腔，在滲流流動時通過模擬多孔介質滲流流動補縮型腔，采用高速攝像機時時拍攝下流體的動態(tài)過程，通過計算機把采集到的數據記錄下來，試驗后作進一步分析。其結構簡單，便于推廣使用，觀察方便，功能齊全，具有廣泛使用性。

圖1是本實用新型裝置的結構示意圖。圖中1-立式離心鑄造設備，2-離心轉臺控制器，3-有機透明玻璃鑄型模具，4-液態(tài)金屬導向器，5-高速攝像機，6-計算機，7-電動機，8-離心轉盤，9-變頻器，10-控制開關，11-螺栓，12-有機玻璃板，13-有機玻璃澆道。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的一個實施例作進一步的描述如圖1所示本實用新型的物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬流動裝置主要由立式離心鑄造設備1、離心轉臺控制器2、有機透明玻璃鑄型模具3、高速攝像機5構成。離心鑄造設備1主要由電動機7、設在電動機7輸出軸上的離心轉盤8構成。立式離心鑄造設備 1上連接有離心轉臺控制器2，離心轉臺控制器2主要由變頻器9、控制立式離心鑄造設備1 的控制開關10構成。立式離心鑄造設備1上設有有機透明玻璃鑄型模具3，機玻璃鑄型模具3為模擬流體充型流動的鑄型模具或滲流流動的鑄型模具，均由多層經螺栓11緊固在一起的有機玻璃板12制成，其中充型流動的鑄型模具由三塊有機玻璃圓板組成，三個有機玻璃圓板用螺栓11緊固而成；補縮滲流流動的鑄型模具由四塊有機玻璃方板組成，四塊有機玻璃方板用螺栓11緊固而成。有機透明玻璃鑄型模具3上設有有機玻璃澆道13，有機玻璃澆道13的上方設有液態(tài)金屬導向器4 ；液態(tài)金屬導向器4的一側設有每秒鐘拍攝100 500張照片的實時拍攝液態(tài)金屬充型或滲流進入型腔過程的高速攝像機5，高速攝像機5經導線連接有計算機6。使用時，模擬滲流流動時，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備1的離心轉盤上，應用離心控制開關10控制離心轉盤8，根據實驗參數需要選用合適的離心旋轉速度，旋轉速度使用離心轉臺控制器2控制面板上的變頻器9來調節(jié)，打開電源和控制開關10，有機玻璃鑄型隨著離心轉盤8 —起旋轉，把物理模擬流體通過液態(tài)金屬導向器澆注到有機透明玻璃鑄型模具3中，模擬流體由于受到離心力的作用，在充型流動時開始充填型腔，在滲流流動時通過模擬多孔介質滲流流動補縮型腔，采用高速攝像機時時拍攝下流體的動態(tài)過程，通過計算機把采集到的數據記錄下來，試驗后作進一步分析。
權利要求1.一種物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬流動裝置，其特征在于它包括立式離心鑄造設備(1)、連接立式離心鑄造設備(1)的離心轉臺控制器(2)，立式離心鑄造設備(1)上設有有機透明玻璃鑄型模具(3)，有機玻璃鑄型模具(3)為模擬流體充型流動的鑄型模具或滲流流動的鑄型模具，均由多層經螺栓(11)緊固在一起的有機玻璃板(12)制成，有機透明玻璃鑄型模具(3)上設有有機玻璃澆道(13)，有機玻璃澆道(13)的上方設有液態(tài)金屬導向器(4);液態(tài)金屬導向器(4)的一側設有每秒鐘拍攝100 500張照片的實時拍攝液態(tài)金屬充型或滲流進入型腔過程的高速攝像機(5 )，高速攝像機(5 )經導線連接有計算機(6 )。
2.根據權利要求1所述的物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬流動裝置，其特征在于 所述的離心鑄造設備(1)包含電動機(7 )、設在電動機(7 )輸出軸上的離心轉盤(8 )。
3.根據權利要求1所述的物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬流動裝置，其特征在于 所述的離心轉臺控制器(2)包括變頻器(9)、控制立式離心鑄造設備(1)的控制開關(10)。
4.根據權利要求1所述的物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬流動裝置，其特征在于 所述的充型流動的鑄型模具由三塊有機玻璃圓板組成，三個有機玻璃圓板用螺栓(11)緊固而成。
5.根據權利要求1所述的物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬流動裝置，其特征在于 所述的補縮滲流流動的鑄型模具由四塊有機玻璃方板組成，四塊有機玻璃方板用螺栓(11) 緊固而成。
專利摘要一種物理模擬立式離心力場下液態(tài)金屬流動裝置，適用于離心力場下以及重力場下物理模擬液態(tài)金屬充填鑄型流動和通過枝晶補縮凝固缺陷滲流流動過程，它包括立式離心鑄造設備、連接立式離心鑄造設備的離心轉臺控制器，立式離心鑄造設備上設有有機透明玻璃鑄型模具，有機玻璃鑄型模具為模擬流體充型流動的鑄型模具或滲流流動的鑄型模具，均由多層經螺栓緊固在一起的有機玻璃板制成，有機透明玻璃鑄型模具上設有有機玻璃澆道，有機玻璃澆道的上方設有液態(tài)金屬導向器；液態(tài)金屬導向器的一側設有每秒鐘拍攝100～500張照片的實時拍攝液態(tài)金屬充型或滲流進入型腔過程的高速攝像機，高速攝像機經導線連接有計算機，其結構簡單，觀察方便。
文檔編號G01N11/00GK202024943SQ201120045418
公開日2011年11月2日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權日2011年2月24日
發(fā)明者劉愛輝, 李邦盛, 袁芳, 郭景杰, 隋艷偉 申請人:中國礦業(yè)大學