专利名称：一种铸件充型水模拟的方法
技术领域：
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种铸件充型水模拟的方法。
背景技术：
在铸造中，铸件质量和液态金属的充型密切相关，铸造缺陷如气孔、夹杂、冲砂、浇不足、冷隔等都与浇注系统和液态金属的充型流动行为有关。现有技术还不能很好地实现直接观察液态金属的充型流动状况。一般多采用电极触点法测量充型过程中的局部的最早充型时间，由于受采集测试点的限制，难以直接反应金属液的整体充填过程。目前铸件的液态金属充型计算机模拟仿真技术应用广泛，但误差与可信度还难以确定。最初采用水模拟充型技术，即根据流体模拟的相似理论和相关准则，在透明模型内进行实际浇注(一般采用有机玻璃)，观察液态的流动过程。但是没有解决透明复杂铸造型腔制作的问题，只是用透明玻璃板进行简单拼凑，难以反映铸造型腔的实际形状，因此不能应用于复杂铸件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铸件充型水模拟的方法。一种铸件充型水模拟的方法，按照如下步骤进行(1)根据铸件三维实体文件反求其砂型文件，按照1 1 1 10的比例进行缩小，并在砂型文件上设计定位孔；(2)根据使铸件局部断面不变或变化最小的原则将铸件进行分块，各块按照铸件最小尺寸的1/10 1/100的厚度对砂型文件沿断面变化最小的方向逐层剖切，生成层片文件，导入到激光雕刻机，雕刻出砂型型腔轮廓和定位孔，将加工好的层片文件进行编号；(3)将层片文件进行固定、压紧、装配、粘结，定位孔内插定位销进行定位，得到铸件型腔模型，层片文件中孤立部分通过提前粘接在前一层片或者后一层片进行定位；(4)采用等比缩小的有机玻璃管和三通、四通接头联结构成浇注系统，浇口杯采用等比缩小的透明塑料漏斗，安装在直浇道上部，浇注系统与铸造型腔模型连接，并用胶粘结密封结合部位，得到水模拟用完整模型；(5)采用水箱和水泵构成水浇注机构，中间加水阀控制浇注流量，浇注时间等同实际铸件浇注时间，控制浇注流量速度；(6)采用高速摄像机和照相机在1 8个角度进行观察拍照录像，充型用水中添加染色剂和塑料球以便跟踪水的流动。所述根据铸件三维实体文件反求其砂型文件的过程为在铸件三维实体文件外接长方体轮廓的底部、左侧、右侧、前侧、后侧各放大10 50mm，以此位置和尺寸构造长方体， 然后用该长方体减去铸件三维实体文件，得到该铸件的砂型文件；或将铸件三维实体文件按1. 1 1. 3的比例放大得到放大的铸件模型，然后将该放大的铸件模型减去铸件三维实体文件得到壳形的砂型文件。本发明的有益效果本发明基于亚克力板采用激光雕刻或机械加工的方法制造铸造型腔，铸造型腔尺寸精度高，操作简单，成本相对较低，而且不受铸件复杂程度的限制，可以实现任意形状的模型制作，在铸造水模拟试验中有着独特的优势。
图1是铸件工艺示意图；其中，1-冒口、2-铸件。图2是铸件反求出的砂型文件图；其中，3-砂型，4-定位孔，5-型腔。图3是砂型文件A-A位置剖切层片轮廓图；其中，3-砂型，4-定位孔，5-型腔。图4是水模拟试验系统；其中，6-高速摄像机、7-铸造型腔模型、8-浇注系统、9-塑料球、10-染色水、 11 -水阀、12-水泵、13-水箱。图5是铸件激光雕刻出的某一截面的切片。图6是铸件的水力学模型的各个侧面；其中，图a)是模型的左侧；图b)是右侧面；图C)是底部拍摄的结果。图7是某铸件在30s时的充型液面显示结果。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。采用如图4所示的水模拟试验系统，该系统由高速摄像机6、铸造型腔模型7、浇注系统8、塑料球9、染色水10、水阀11、水泵12、水箱13组成。—种铸件充型水模拟的方法，按照如下步骤进行(1) 一个具有冒口 1的铸件2(如图1所示，)，该铸件尺寸为 6685mm*4840mm*2508mm，重量75t。根据该铸件的三维工艺造型文件，将铸件三维实体文件按1. 1倍的比例放大得到放大的铸件模型，然后将该放大的铸件模型减去铸件模型得到壳形的砂型文件。该砂型文件包括砂型3、定位孔4和型腔5(图2-；3)，以1 10进行等比例缩小，并且在砂型上设计定位孔。(2)根据该铸件特征，其本体X方向断面变化较小，而其Y方向和Z方向断面变化大，因此该铸件不分块，砂型也不分块。按照最小尺寸的l/l(K2mm)沿X方向进行逐层切片， 生成层片文件。将层片文件导入激光雕刻机进行加工，加工好的每个切片(如图5所示) 按顺序进行标号。(3)将层片按顺序进行固定、压紧、装配、粘结，定位孔内插螺杆进行定位，得到铸件型腔模型。(4)采用φ12的有机玻璃管和三通、四通接头等连接构成浇注系统，浇口杯采用透明的塑料漏斗，安装在直浇道上部，浇注系统与铸造型腔模型连接，并用胶粘结密封结合部位，得到水模拟用完整模型，如图6所示。(5)水浇注充型模拟，调节阀门控制浇注水流量速度为4L/s。(6)采用高速摄像机和照相机在3个角度进行观察拍照录像，充型用水中添加塑料球以便跟踪水的流动。本实例实施的效果图7为高速摄像机拍摄该铸件的水力学模拟充型过程，充型时间为61s。图中黑色塑料小球为充型过程中的示踪粒子，显示出液面的上升过程。从图中可以看出，浇注过程中，两侧液面整体呈平稳上升，局部出现高度差，因为直浇道分布在铸件一端，工艺修正可以将浇口向铸件中部移动。
权利要求
1.一种铸件充型水模拟的方法，其特征在于，按照如下步骤进行(1)根据铸件三维实体文件反求其砂型文件，按照1 1 1 10的比例进行缩小，并在砂型文件上设计定位孔；(2)根据使铸件局部断面不变或变化最小的原则将铸件进行分块，各块按照铸件最小尺寸的1/10 1/100的厚度对砂型文件沿断面变化最小的方向逐层剖切，生成层片文件， 导入到激光雕刻机，雕刻出砂型型腔轮廓和定位孔，将加工好的层片文件进行编号；(3)将层片文件进行固定、压紧、装配、粘结，定位孔内插定位销进行定位，得到铸件型腔模型，层片文件中孤立部分通过提前粘接在前一层片或者后一层片进行定位；(4)采用等比缩小的有机玻璃管和三通、四通接头联结构成浇注系统，浇口杯采用等比缩小的透明塑料漏斗，安装在直浇道上部，浇注系统与铸造型腔模型连接，并用胶粘结密封结合部位，得到水模拟用完整模型；(5)采用水箱和水泵构成水浇注机构，中间加水阀控制浇注流量，浇注时间等同实际铸件浇注时间，控制浇注流量速度；(6)采用高速摄像机和照相机在1 8个角度进行观察拍照录像，充型用水中添加染色剂和塑料球以便跟踪水的流动。
2.根据权利要求1所述一种铸件充型水模拟的方法，其特征在于，所述根据铸件三维实体文件反求其砂型文件的过程为在铸件三维实体文件外接长方体轮廓的底部、左侧、右侧、前侧、后侧各放大10 50mm，以此位置和尺寸构造长方体，然后用该长方体减去铸件三维实体文件，得到该铸件的砂型文件；或将铸件三维实体文件按1. 1 1. 3的比例放大得到放大的铸件模型，然后将该放大的铸件模型减去铸件三维实体文件得到壳形的砂型文件。
全文摘要
本发明公开了属于铸造技术领域的一种铸件充型水模拟的方法。该方法通过三维CAD软件缩放砂型模型，沿某一固定方向进行逐层剖切，生成计算机文件导入到激光雕刻机进行加工，按顺序将加工好的层片进行定位、固定、装配、粘接，得到铸件型腔模型，再将浇注系统安装到模型上，完成整体模型的制作。本发明基于亚克力板采用激光雕刻或机械加工的方法制造铸造型腔，铸造型腔尺寸精度高，操作简单，成本相对较低，不受铸件复杂程度的限制，可以实现任意形状的模型制作。
文档编号B22D46/00GK102423801SQ20111038412
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者康进武, 聂刚, 胡毅森, 郝小坤, 黄天佑 申请人:清华大学