，添加腰形暗冒口后缩松缺陷 分布在浇道和冒口中，被移出铸件，确保了铸件质量。
[0075]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于缩松缺陷预测的回转体薄壁铸件砂型铸造过程中冒口设计方法，其特征在 于，所述方法是按以下步骤进行： 步骤一、设计物理模拟实验，获得砂型中不同点的升温曲线： 进行温度场数值模拟，采用实验所提供的热流密度随时间变化曲线直接确定合金/砂 型界面换热系数； 步骤一（1 )、物理模拟实验中铸件形状和尺寸特征:铸件为长方形板，长方形板的长度 用Lplane表不，板的厚度5plane与回转体薄壁铸件最小壁厚5mincasting和最大壁厚3max casting的 平均值相等，即SPiane = (Smincasting+SmaXcasting) /2，板的宽度WPiane和板的厚度δρ1·相等，即 ffplane - Splane ； ; 步骤一⑵、物理模拟实验采用砂型铸造，砂型为长方形，其尺寸特征:长度为Lsand[10mm + Lplane/2+Lplane+(20% Xdminsand)]，宽度为Wsand=[Wplane + 2X (20% Xdminsand)]，厚度为 3sand = [ δρι3η(3+2 X (20 % X dminsand)]，其中dminsand为回转体薄壁铸件在砂箱中距离砂型外 表面距离的最小值;铸件空腔处于砂型中，距左、右、前、后、上、下砂型外表面距离分别为 (10_+L Piane/2)、（20% Xdminsand)、（20% Xdminsand)、（20% Xdminsand)、（20% Xdminsand)、 (20 % X dminsand);直浇道尺寸特征:纵向放置圆柱体，直径Dver为LPi ane/5，高度Hver为[Splane+ (20% X dminsand)];横饶道尺寸特征:横向放置圆柱体，直径Dh〇ri为3piane/4，单位均为mm; 步骤一（3)、物理模拟实验中在距离铸件空腔上表面不同位置处的砂型中放置测温热 电偶TC;热电偶的总数量为NT，且3 < NT <10;每个热电偶TCi距离铸件空腔上表面的距离为 义1，1的取值范围1~阶； 步骤一(4)、浇注长方形板物理模拟实验铸件，获得型砂中不同点的升温曲线，所述升 温曲线为温度随时间变化曲线； 步骤一 (5)、进行铸件铸造过程三维传热过程的计算机仿真:物理模拟实验所得热流密 度&;^(0 = SfJipsand · 作为温度场计算的边界条件，热流密度的单位为J πΓ 2S'式中t为时间，单位s;psand为型砂密度，单位kgnf3; cpsand为型砂比热，单位J kgt1;尝 由升温曲线提供，At为升温曲线中相邻两点之间的时间间隔，单位为s; Δ1为升温曲线中 t+ Δ t时刻温度与t时刻温度的差值，单位K; Δ Ti = Ti(t+ Δ t )_Ti(t);由合金/砂型界面处热 流密度Qsi? ( t ) = hall〇y-_d ( Talloy-Tsand )与Qexp ( t )相等，推算平均合金/砂型界面换热系数 Κι?ορ-α πΓ2 ΙΓ1)，其中lalloy为合金/砂型界面处合金液温度，Tsand为合金/砂型界面处型 砂温度； 步骤二、采用砂型浇注圆圈形状铸件:测量不同浇注温度下铸件长度，针对圆圈形状铸 件开展三维传热过程的计算机仿真，合金/砂型界面换热系数来自步骤一获得的平均合金/ 砂型界面换热系数hallciy- sand，单位为W πΓ2 ΙΓ1，模拟所得铸件长度与实验测量对比，验证步 骤一中所得界面换热系数的实用性： 步骤二（1)、铸件型腔为圆圈形，共5圈，进行NpciurinJ*实验，Npciuring 2 3，获得Npciuring个实 验铸件，每次实验的浇注温度Tpciurinirl(l < i <Npciuring)不同；测量实验铸件的长度，即金属 液在圆圈形铸件型腔内流经的距离Lexppmjring-i(l < i < Npmjring)，单位mm;绘制实验铸件长 度Lexppouring随潘注温度Tpouring的变化曲线； 步骤二（2)、针对圆圈形状铸件开展三维传热过程的计算机仿真，合金/砂型界面换热 系数halloy-sand来自步骤一；采用与实验相同的浇注温度Tpciuring-i(l < i <Npciuring)，进行 N_ring次模拟实验，测量模拟所得铸件的长度，绘制模拟结果中铸件长度Lsimupciuring随浇注 温度T pciuring的变化曲线； 步骤-· ( 3 )、板拟所得Ls imUp〇uring_Tp〇uring变化曲线与头验所得LexPp〇uring_Tp〇uring曲线进 行对比，如果最大差值的绝对值>l〇〇mm，则回到步骤一(3)，增加热电偶个数，重复步骤一 (4)和步骤一（5);如果最大差值的绝对值< 100mm，则证明合金/砂型界面换热系数 haiiQy-sand具有实用性，进入步骤三； 步骤三、采用步骤一中所获得的合金/砂型界面换热系数hallciy-sand，针对回转体薄壁铸 件砂型铸造过程进行三维传热过程的计算机仿真；采用传统铸造工艺中制定的浇冒口系 统，获得缩松缺陷分布特征;等温线闭合区域为缩松缺陷产生区，根据缩松率大于5%即为 缩松缺陷的产生标准，显;^缩松缺陷在铸件内的分布； 步骤四、基于步骤三所获得的传统铸造工艺下回转体薄壁铸件中缩松缺陷分布特点， 进行冒口设计和三维传热过程的计算机仿真;在回转体薄壁件下部引入偶数个尺寸形同的 腰形暗冒口；将缩松缺陷尽可能移置暗冒口内，则完成回转体薄壁铸件砂型铸造过程中冒 口的设计： 步骤四（1)、采用圆环将缩松缺陷包裹，采用热节圆环法计算冒口尺寸。热节圆环的模 数Mrejie-circle = 2JTrrejie-circle，其中，rrejie-circle为热节圆环半径，单位为mm ;腰形冒口上限模 数 Mmaokou - circle - max - 1 . 15Mrejie - circle;腰 目 口上限宽度为 ama〇k-e-丽x = M-°fcT2;r?，单位为臟；腰形冒口上限体积V--clrcl? = 3 · 57 ( amaokou-circle-max )，摩力JHIITI ; 步骤四（2)、腰形冒口的个数SN_kcm-an，2 < N_kcm-an < 8，N_kcm-anS偶数;每一个腰形 冒口具有相同的体积和尺寸;1/腿0細_咖^ = 其中v_kQU-circle-i为每一 ^maoku-an 个冒口的体积，单位为mm3,1 S i S Nma〇k〇u-an;每一个腰形暗冒口的宽度ama〇k〇u-circle-i = (Vmaokou-circle-i / 3 · 5 7 ) Z，高度为 Samaokou-circ le-i ，~[xi5^j2ainaokou-circle-i， 圆弧半径为 Smaokou-circle-i/2 j 〇2. 根据权利要求1所述的一种基于缩松缺陷预测的回转体薄壁铸件砂型铸造过程中冒 口设计方法，其特征在于，在步骤一(1)中，长方形板的长度L Piane3S254mm。3. 根据权利要求1或2所述的一种基于缩松缺陷预测的回转体薄壁铸件砂型铸造过程 中冒口设计方法，步骤一中， 所述回转体薄壁铸件选择缸体叶片铸件，该缸体叶片铸件采用双相不锈钢制造，双相 不锈钢材质为：C:0.02wt%，Si:0.58wt%，Mn:0.88wt%，S:0.04wt%，P:0.04wt%，Ni: 5.00wt%，Mo:3.00wt%，Cu:0.60wt%，N:0.25wt%，Cr:22.00wt%，余量为Fe。4. 根据权利要求3所述的一种基于缩松缺陷预测的回转体薄壁铸件砂型铸造过程中冒 口设计方法，步骤一中，砂型材质为树脂砂，密度P_d为1520.0 kgnf3，比热cpsand为740J kg^ 汰-、5. 根据权利要求4所述的一种基于缩松缺陷预测的回转体薄壁铸件砂型铸造过程中冒 口设计方法，所述缸体叶片铸件的最小壁厚3minc； asting = 35mm，最大壁厚5maxc；asting = 85mm〇
【专利摘要】一种基于缩松缺陷预测的回转体薄壁铸件砂型铸造过程中冒口设计方法，涉及回转体薄壁铸件砂型铸造技术。本发明是要解决现有方法无法精确设计冒口尺寸的技术问题。本发明采用物理实验的方法确定合金/砂型界面换热系数，同时配合砂型浇注圆圈形状铸件的实验手段对界面换热系数的实用性进行实验验证，基于更为准确的缩松缺陷预测设计冒口。合金/砂型界面换热系数的精确选择和实验验证为缩松缺陷的准确预测以及合理的冒口尺寸设计奠定了坚实的基础，解决了目前缺陷预测和冒口设计过程中涉及大量试算且缺少必要实验验证的问题，提高了冒口设计的准确度，加速了铸造工艺优化进程，缩短产品开发周期，将铸件产品品质提高20～40％。
【IPC分类】B22C9/08
【公开号】CN105598379
【申请号】CN201610169257
【发明人】刘东戎, 杨智鹏, 杨洋, 郭二军
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月23日