拟并进行切割分析，这增加了大型铸件的铸造研究实验可行性。同时利用本方法可利用实验结果对典型部位的铸造条件进行优化，逆推出大型铸件的优化铸造工艺条件，为大型铸件的开发、制造提供可靠的实验参考依据。
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例中的大型铸件温度场-流场耦合作用下的实验模拟方法流程图。
[0017]图2是本发明实施例中的大型铸件温度场-流场耦合作用下的实验模拟装置示意图。
[0018]图3是本发明实施例中的大型铸件温度场-流场耦合作用下的实验模拟温度控制单元示意图。
[0019]其中，1--陶瓷铸型，2--隔热端板，3--温控单兀，4--恪体流场驱动装置，
5--电脑连接端口，6--控制电脑，7--冷却单兀，8--测温单兀，9--加热单兀。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实例，将本发明进一步说明如下。如图1，并结合图2和图3所示。
[0021]I).对所研究的大型铸件进行几何建模，并用经过小型铸件验证过模型有效性的有限元模型对大型铸件的浇铸凝固过程进行模拟； 2).选择容易出现铸造缺陷的典型部位，对其进行3D建模，并按照3D模型准备陶瓷铸型I ;
3).根据有限元模拟结果，将所建3D模型在大型铸件上的温度和流场特征提炼成为实验模拟的边界条件和变量，输入实验模拟装置的控制电脑6 ；
4).在陶瓷铸型I表面安装温度控制单元3并与控制电脑6进行连接；
在陶瓷铸型I两端加装隔热板2，并对其进行预热；
6).将陶瓷铸型I外侧温度设置为浇铸温度，并向铸型中浇铸金属熔体；
7).将熔体流场驱动装置4置入陶瓷铸型上侧，将其入、出口均没入熔体液面以下少许，并按照流场方向设置好出入口位置；
8).将陶瓷铸型外侧的温控单元3，按照有限元模拟结果所得的温度场分布进行设置，并按温度场变化情况调节各温控单元温度；
9).控制熔体流场驱动装置的出入口位置，以及熔体流动速度，在陶瓷铸型内部为凝固熔池部分创造与凝固过程中的熔体流场类似的熔体流动；
10).在上述模拟条件下，熔体在陶瓷铸型中冷却形成铸件。该铸件即为所研究条件下大型铸件典型部位的凝固组织。
[0022]本发明通过大规模利用温度控制单元，模拟在有限元过程中典型部件的边界温度条件，并利用流场控制单元，模拟典型部件凝固过程中的熔体流动场，实现通过小规模实现模拟大型铸件典型部位凝固过程的方式，来推断整个大型铸件的凝固缺陷出现规律，并可通过参数调整模拟优化工艺，检验工艺优化后的铸造结果。由于该模拟方法具有一般铸造过程的温度场、流场模拟条件，因此该技术可广泛推广到其他金属熔体凝固、铸造领域的实验模拟中，为铸造领域的凝固模拟节约大量的人力、物力、资金，并提高工艺开发效率。
【主权项】
1.一种用于研究金属熔体在温度场-流场耦合条件下凝固过程的实验模拟装置，其特征在于，该装置包括陶瓷铸型，在所述陶瓷铸型的表面安装有由多个温控单元组成的温控组件，该温控组件与一台控制电脑连接， 在所述陶瓷铸型的两端装有隔热端板， 所述的实验模拟装置还包括被置入所述陶瓷铸型上部的熔体流场驱动装置。2.如权利要求1所述的用于研究金属熔体在温度场-流场耦合条件下凝固过程的实验模拟装置，其特征在于，所述的温控组件通过一个电脑连接端口与所述控制电脑连接，该电脑连接端口与所述温控组件紧贴安装。3.如权利要求1所述的用于研究金属熔体在温度场-流场耦合条件下凝固过程的实验模拟装置，其特征在于，所述温控单元包括冷却单元、测温单元和加热单元。4.如权利要求1所述的用于研究金属熔体在温度场-流场耦合条件下凝固过程的实验模拟装置，其特征在于，所述熔体流场驱动装置是电磁或者机械栗。5.一种用于研究金属熔体在温度场-流场耦合条件下凝固过程的实验模拟方法，其特征在于，包括以下步骤: Al，利用有限元软件对金属熔体浇铸凝固后的铸件对象几何建模，并进行初步的浇铸凝固过程模拟，将模拟结果中出现缺陷的典型部件进行离散化，获得离散部位的边界条件； A2，根据离散部位的三维尺寸构建铸型，铸型采用具有较高耐热温度的陶瓷铸型； A3，采用由多个温控单元组成的温控组件，该温控组件的温度由一台控制电脑对每个温控单元同时进行升降温控制； A4，将温控组件固定在陶瓷铸型壁上，温度场的建立通过控制电脑机根据有限元模拟的边界条件对陶瓷铸型壁上的温控单元进行设定； A5，在陶瓷铸型的上方开口处设置一熔体流场驱动装置，该熔体流场驱动装置的入口位置以及出口位置、入口方向以及出口方向和功率以及转速均可调节控制； A6，根据有限元模拟结果设定边界条件以及相关变量条件后，将熔体浇入铸型，按照所研究的铸件的有限元模拟特征进行试验模拟并验证。6.如权利要求5所述的用于研究金属熔体在温度场-流场耦合条件下凝固过程的实验模拟方法，其特征在于，步骤A5所述的熔体流场驱动装置是电磁或者机械栗，栗的入口方向、出口方向通过机械方式进行设定，流速通过改变电磁栗或机械栗的功率、转速进行控制，入口位置以及出口位置通过机械方式驱动，以控制设定的速度、方向在距金属熔体表面预设深度移动。7.如权利要求5所述的用于研究金属熔体在温度场-流场耦合条件下凝固过程的实验模拟方法，其特征在于，还进一步包括步骤A7， A7，采用步骤Al至A6，对铸造过程进行优化，获得更优化的铸造条件。8.一种用于研究金属熔体在温度场-流场耦合条件下凝固过程的实验模拟方法，其特征在于，包括以下步骤: BI,对所研究的大型铸件进行几何建模，并用经过小型铸件验证过模型有效性的有限元模型对大型铸件的浇铸凝固过程进行模拟； B2,选择容易出现铸造缺陷的典型部位，对其进行3D建模，并按照3D模型准备陶瓷铸型； B3,根据有限元模拟结果，将所建3D模型在大型铸件上的温度和流场特征提炼成为实验模拟的边界条件和变量，输入实验模拟装置的控制电脑； B4,在陶瓷铸型表面安装多个温控单元组成的组件，并与控制电脑进行连接； B5,在陶瓷铸型两端加装隔热板，并对其进行预热； B6,将陶瓷铸型外侧温度设置为浇铸温度，并向陶瓷铸型中浇铸金属熔体； B7,将熔体流场驱动装置置入陶瓷铸型上侧，将其入、出口均没入熔体液面以下少许距离，并按照流场方向设置好出入口位置； B8，将陶瓷铸型外侧的温控单元，按照有限元模拟结果所得的温度场分布进行设置，并按温度场变化情况调节各温控单元温度； B9，控制熔体流场驱动装置的出入口位置，以及熔体流动速度，在陶瓷铸型内部为凝固熔池部分创造与凝固过程中的熔体流场类似的熔体流动； B10，在上述模拟条件下，熔体在陶瓷铸型中冷却形成铸件，该铸件即为所研究条件下大型铸件典型部位的凝固组织。
【专利摘要】本发明公开了一种用于研究金属熔体在温度场-流场耦合条件下凝固过程的实验模拟装置和方法，装置包括陶瓷铸型，在所述陶瓷铸型的表面安装有由多个温控单元组成的温控组件，该温控组件与一台控制电脑连接，在所述陶瓷铸型的两端装有隔热端板，所述的实验模拟装置还包括被置入所述陶瓷铸型上部的熔体流场驱动装置。所述的温控组件通过一个电脑连接端口与所述控制电脑连接，该电脑连接端口与所述温控组件紧贴安装。所述温控单元包括冷却单元、测温单元和加热单元。所述熔体流场驱动装置是电磁或者机械泵。
【IPC分类】G09B25/02, B22D27/04, B22D27/02
【公开号】CN105081288
【申请号】CN201510504571
【发明人】夏明许
【申请人】共慧冶金设备科技(苏州)有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月17日