一种铝合金复杂铸件凝固温度场智能调控系统的制作方法

本发明属于铝合金铸造技术领域，具体涉及一种复杂铝合金铸件凝固温度场智能调控。

背景技术：

大型铝合金铸件越来越多的应用于航空、航天、兵器、舰船等军事领域，铝合金铸件的设计趋于复杂化，铸造成形过程的控制难度大。铸件凝固温度场的有效管控是保证铸件内部质量、提高合格率的关键。现有技术普遍采用冷铁、激冷涂料、保温涂料等常规手段，改变铸件局部传热系数，调整铸件厚大热节凝固温度场，传统方法不能实现复杂铸件凝固温度场的精确调控，大型复杂铝铸件指定探伤部位内部质量普遍在ⅱ-ⅲ级，铸件合格率低。

技术实现要素：

本发明的一种铝合金复杂铸件凝固温度场智能调控系统，是根据铝合金复杂铸件凝固仿真结果，预设凝固顺序，经温度逐点采集模块获得铸件凝固实时温度，通过温度管理系统分析决策，采用控温模块实现各监测点的加热或冷却，从而实现铸件凝固温度场的时序控制，实现复杂铸件顺序凝固和有效补缩，降低铝合金复杂铸件疏松倾向，提高内部质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

铝合金复杂铸件凝固温度场智能调控系统包括温度逐点采集模块、温度管理系统和控温模块。温度逐点采集模块从铸型各测点采集实时温度，温度管理系统用于凝固实时温度与预设凝固温度分析决策，控温模块负责各测温点加热或冷却的执行。

设置温度采集点阵si的凝固顺序s1＜s2＜...＜sn，其中i表示温度采集点的编号，共有n个温度采集点，小于号表示前者凝固顺序优先于后者。将预设的凝固顺序导入温度管理系统。

在铸型中设置若干温度采集点，温度采集传感器为热电偶。在铸件凝固温度控制部位设置温度采集点，tij表示各温度采集点温度，单位为℃。温度逐点采集模块将温度实时采集结果输入温度管理系统。

温度管理系统决策计算方法如下。

预知参数：si：温度采集点阵si的凝固顺序s1＜s2＜...＜sn；tij：各温度采集点温度，单位为℃；tt,ij：各温度采集点的目标温度，单位为℃；va：加热装置升温速率，单位为℃/min；vb：冷却装置降温速率，单位为℃/min。

控温决策变量：

xij：温度变化决策变量；taij：升温装置作用时间taij；tbij：降温装置作用时间tbij。

目标函数：

t1j＜t2j＜...＜tnj

目标函数保证铸件上各检测点的温度大小排列顺序与铸件上各检测点预定的凝固顺序相同，实现铸件按照预定的凝固顺序凝固。

约束条件:

上式表示经过第j次控温决策，控温装置进行温度升高、降低或维持不变操作后铸件检测点的实时温度。

|ttij-tij′|≤δt

上式表示经过温度调整后监测点的温度与目标温度之间的温度差应该在允许的误差范围内。

在铸件温度采集点靠近铸型一侧设置控制元件，主要包括电加热元件、冷却通道、电接口、冷却通道接口等，该单元是凝固温度管理的执行机构。控温模块执行温度管理系统的决策，通过加热或冷却调控铸件凝固温度场，实现凝固温度的时序控制。

采用本发明的一种复杂铝合金铸件凝固温度场智能调控系统，可有效减小复杂铸件冒口、浇道等工艺的设计尺寸，提高工艺出品率；可实现复杂复杂铝铸件顺序凝固和厚大热节的有效补缩，提高铸件的内部质量和合格率。

附图说明

图1复杂铝合金铸件凝固温度场智能调控系统示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

本实施例采用凝固温度场智能调控系统制备al-mg合金支架铸件，支架铸件工艺设计完成后，采用仿真软件分析铸件凝固温度场，根据分析结果确定在分散凸台(s1)、厚大法兰(s2)、冒口(s3)等部位设置温度采集点。设置的凝固顺序s1＜s2＜s3，将预设的凝固顺序嵌入温度管理系统。

在支架铸件分散凸台、厚大法兰、冒口处分别设置温度采集热电偶。在支架铸件分散凸台、厚大法兰、冒口的铸型一侧设计点阵控制单元，其中分散凸台、厚大法兰设置冷却通道，冷却介质为氮气，在冒口处设置电加热元件。

在合金熔体温度为700℃条件下完成浇注。温度逐点采集模块将凝固温度实时采集的结果输入温度管理系统。温度管理系统通过程序计算，决策分散凸台、厚大法兰的冷却速度、冷却时间，以及冒口部位的加热速度和加热时间，实现分散凸台、厚大法兰等热节的顺序凝固和有效补缩，直至凝固结束。

将al-mg合金支架铸件经x射线探伤检查，内部质量达到i类铸件标准，与常规工艺相比，工艺出品率提高25％，合格率提高30％。

实施例2

本实施例采用凝固温度场智能调控系统制备zl114a舱体铸件，舱体铸件工艺设计完成后，采用仿真软件分析铸件凝固温度场，根据分析结果确定在加强环筋(s1)、上端法兰(s2)、补缩冒口(s3)等部位设置温度采集点。设置的凝固顺序s1＜s2＜s3，将预设的凝固顺序嵌入温度管理系统。

在舱体铸件加强环筋、上端法兰、补缩冒口处分别设置温度采集热电偶。在舱体铸件加强环筋、上端法兰、补缩冒口的铸型一侧设计点阵控制单元，其中分加强环筋、上端法兰设置冷却通道，冷却介质为压缩空气，在补缩冒口处设置电加热元件。

在合金熔体温度为720℃条件下完成浇注。温度逐点采集模块将凝固温度实时采集的结果输入温度管理系统。温度管理系统通过程序计算，决策加强环筋、上端法兰的冷却速度、冷却时间，以及补缩冒口部位的加热速度和加热时间，实现加强环筋、上端法兰等热节的顺序凝固和有效补缩，直至凝固结束。

将zl114a舱体铸件经x射线探伤检查，内部质量达到i类铸件标准，与常规工艺相比，工艺出品率提高30％，合格率达85％以上。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种铝合金复杂铸件凝固温度场智能调控系统，所述系统根据铝合金复杂铸件凝固仿真结果，设置凝固顺序，经温度逐点采集模块获得铸件凝固实时温度，通过温度管理系统分析决策，采用控温模块实现各测点的加热和冷却，从而实现铸件凝固温度场的时序控制，降低铝合金复杂铸件疏松倾向，提高内部质量和铸件合格率。

技术研发人员：陶健全;陈强;赵祖德;赵高瞻;黄志伟;李明;邢志辉
受保护的技术使用者：中国兵器工业第五九研究所
技术研发日：2018.12.10
技术公布日：2019.05.21