CN101727528A - 一种铸件局部区域模数的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸件局部区域模数的计算方法。首先使用三维CAD软件对铸件进行三维建模，然后在CAD软件中做一三维几何形状，该几何形状与铸件有相交部分，且相交部分为要计算模数的局部区域，即使用该三维几何形状选中铸件的局部区域，在本发明中称该三维几何形状为包容体，则由包容体和铸件相交确定的局部区域的模数计算公式为：M局部＝V交/[A交-(A交+A差-A铸件)/2]，其中M局部是铸件局部区域的模数；V交是铸件模型和包容体做布尔交运算得到的结果模型的体积；A交是铸件模型和包容体做布尔交运算得到的结果模型的表面积；A差是铸件模型和包容体做布尔差运算(铸件模型减去包容体)得到的结果模型的表面积；A铸件是铸件模型的表面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸件局部区域模数的计算方法。
技术背景
合理的铸造工艺设计对于生产合格质量的铸件至关重要。冒口是在铸型内人为设置的贮存金属液的结构体，用以补偿铸件形成过程中可能产生的收缩，起到防止铸件产生缩松、缩孔等铸造缺陷的作用，是铸造工艺设计的重要内容。铸件整体或者局部区域的模数是冒口设计、计算过程中的关键参数。
铸件的模数(M)被定义为铸件体积(V)与散热面面积(A)的比值，即M＝V/A。对于铸件整体模数的计算，铸件所有表面都是散热面，即散热面面积等于铸件表面积；而对于铸件局部区域，其表面有一部分位于铸件中，不能向铸件外传热，属于非散热面，所以其散热面面积等于局部区域表面积减去非散热面面积。
对于铸件局部区域模数的计算，以往研究多使用手工指示或者估计的方法来指定非散热面，使用不够方便且精度不高，没有形成简洁、有效的非散热面面积自动计算方法，因此目前还没有成熟的局部区域模数自动计算方法或公式。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种铸件局部区域模数计算的方法，该方法可自动对铸件局部区域的模数进行精确计算，从而提高铸造工艺设计精度，提高最终铸件的生产质量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铸件局部区域模数的计算方法，它的步骤为：
1)在三维CAD软件中，完成铸件的三维建模；
2)利用CAD软件表面积计算功能计算铸件模型表面积A铸件；
3)在三维CAD软件中，利用建模功能做一包容体，利用包容体与铸件模型相交的部分确定需要计算模数的局部区域；
4)对铸件模型和包容体作布尔交运算得到交运算结果模型，该交运算结果模型等同于需要求算模数的铸件局部区域，利用CAD软件表面积计算功能计算交运算结果模型的表面积A交，利用CAD软件体积计算功能计算交运算结果模型的体积V交；
5)利用布尔差运算功能，将铸件模型减去包容体模型得到差运算结果模型，利用CAD软件表面积计算功能计算差运算结果模型的表面积A差；
6)根据以上数据，利用式子(A交+A差-A铸件)/2求得铸件局部区域非散热面面积，进而利用式子A交-(A交+A差-A铸件)/2求得铸件局部区域的散热面积；
7)判断A交-(A交+A差-A铸件)/2的值是否为0，如果为0，那么所计算的局部区域完全位于铸件内部，没有散热面不能求得模数，结束；如果不为0，那么利用公式M局部＝V交/[A交-(A交+A差-A铸件)/2]求得局部区域的模数；
8)根据计算出的局部区域模数M局部，完成冒口设计；
9)对铸造模具进行机械加工。
所述包容体为三维几何形状，它与铸件模型有相交部分，且相交部分为要计算模数的铸件局部区域。
本发明方法的铸件局部区域模数计算公式为：M局部＝V交/[A交-(A交+A差-A铸件)/2]，可以精确计算铸件局部区域的模数。其中上述公式中的项(A交+A差-A铸件)/2用来计算铸件非散热面的面积，即局部区域在铸件内部的面的面积；实现了铸件局部区域非散热面面积的自动计算，是本发明的核心内容。
在局部区域模数计算过程中，对铸件模型和包容体进行了布尔交和布尔差运算，通过计算交运算结果模型的体积V交和表面积A交，得到铸件局部区域的体积和总表面积；利用式子(A交+A差-A铸件)/2判定非散热面面积，进而求得局部区域的散热面面积A交-(A交+A差-A铸件)/2；根据铸件模数的定义M＝V/A，得到铸件局部区域模数计算公式M局部＝V交/[A交-(A交+A差-A铸件)/2]。
本发明的有益效果是：合理的铸造工艺设计对于生产合格质量的铸件至关重要。冒口是在铸型内人为设置的贮存金属液的结构体，用以补偿铸件形成过程中可能产生的收缩，起到防止铸件产生缩松、缩孔等铸造缺陷的作用，是铸造工艺设计的重要内容。铸件整体或者局部区域的模数是冒口、设计过程中的关键参数，而针对铸件局部区域的模数计算还没有非常有效的方法。本文提出的方法能够弥补现有技术的不足。利用本文提供的算法和计算步骤可以精确地计算铸件中局部区域的模数，进而提高冒口设计的精度，使铸造模具实现设计最优，最终实现防止铸件缺陷、提高铸件生产质量的效果。同时，该算法易于在三维CAD软件中编程实现，可以以该算法为基础进行铸造工艺CAD系统-冒口设计模块的开发。该冒口设计模块不仅能够提高冒口设计的精度和效率，并且随着在铸造企业的推广能够带来可观的经济效益。
附图说明
图1是铸件模型、包容体和布尔交运算结果模型、布尔差运算结果模型示例图；
图2是铸件局部区域模数计算过程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
图1中，A1为铸件模型、A2为包容体、A3为铸件模型和包容体作布尔差运算(铸件模型减包容体)结果模型、A4为铸件模型和包容体作布尔交运算结果模型。
针对图1，将使用本文提出的算法计算立方体铸件顶点处以立方体边长为直径的1/8球这一局部区域的模数。
1)在三维CAD软件中，利用建模功能，完成铸件A1的三维建模；铸件A1为一边长为10cm的立方体；
2)利用CAD软件表面积计算功能计算铸件A1表面积A铸件＝600cm2；
3)为了确定需要计算模数的铸件局部区域，做一球体A2作为包容体；该球体以立方体顶点为球心，球的直径为10cm。
4)铸件模型和包容体作布尔交运算得到交运算结果模型A4，该交运算结果模型等同于需要求算模数的铸件局部区域，其表面积A交＝98.0554cm2，体积V交＝65.4442cm3；
5)铸件模型减去包容体模型得到差运算结果模型A3，求得其表面积A差＝580.2457cm2；
6)根据以上数据，可利用式子(A交+A差-A铸件)/2求得该局部区域的非散热面面积为39.15055cm2，进而利用式子A交-(A交+A差-A铸件)/2求得散热面面积为58.90485cm2；
7)A交-(A交+A差-A铸件)/2的值不为0，那么利用公式
M局部＝V交/[A交-(A交+A差-A铸件)/2]求得局部区域的模数M局部＝1.1110cm；
8)根据该局部区域的模数，完成冒口设计；
9)对铸造模具进行机械加工。
图2中，本发明的方法为：
1)在三维CAD软件中，完成铸件的三维建模；
2)利用CAD软件表面积计算功能计算铸件模型表面积A铸件；
3)在三维CAD软件中，利用建模功能做一包容体，利用包容体与铸件模型相交的部分确定需要计算模数的局部区域；
4)对铸件模型和包容体作布尔交运算得到交运算结果模型，该交运算结果模型等同于需要求算模数的铸件局部区域，利用CAD软件表面积计算功能计算交运算结果模型的表面积A交，利用CAD软件体积计算功能计算交运算结果模型的体积V交；
5)利用布尔差运算功能，将铸件模型减去包容体模型得到差运算结果模型，利用CAD软件表面积计算功能计算差运算结果模型的表面积A差；
6)根据以上数据，利用式子(A交+A差-A铸件)/2求得铸件局部区域非散热面面积，进而利用式子A交-(A交+A差-A铸件)/2求得铸件局部区域的散热面积；
7)判断A交-(A交+A差-A铸件)/2的值是否为0，如果为0，那么所计算的局部区域完全位于铸件内部，没有散热面不能求得模数，结束；如果不为0，那么利用公式M局部＝V交/[A交-(A交+A差-A铸件)/2]求得局部区域的模数；
8)根据计算出的局部区域模数M局部，完成冒口设计；
9)对铸造模具进行机械加工。
Claims (1)
1.一种铸件局部区域模数的计算方法，其特征是，它的步骤为：
1)在三维CAD软件中，完成铸件的三维建模；
2)利用CAD软件表面积计算功能计算铸件模型表面积A铸件；
3)在三维CAD软件中，利用建模功能做一包容体，利用包容体与铸件模型相交的部分确定需要计算模数的局部区域；
4)对铸件模型和包容体作布尔交运算得到交运算结果模型，该交运算结果模型等同于需要求算模数的铸件局部区域，利用CAD软件表面积计算功能计算交运算结果模型的表面积A交，利用CAD软件体积计算功能计算交运算结果模型的体积V交；
5)利用布尔差运算功能，将铸件模型减去包容体模型得到差运算结果模型，利用CAD软件表面积计算功能计算差运算结果模型的表面积A差；
6)根据以上数据，利用式子(A交+A差-A铸件)/2求得铸件局部区域非散热面面积，进而利用式子A交-(A交+A差-A铸件)/2求得铸件局部区域的散热面积；
7)判断A交-(A交+A差-A铸件)/2的值是否为0，如果为0，那么所计算的局部区域完全在铸件内，没有散热面不能求得模数，结束；如果不为0，那么利用公式M局部＝V交/[A交-(A交+A差-A铸件)/2]求得局部区域的模数；
8)根据计算出的局部区域模数M局部，完成冒口设计；
9)对铸造模具进行机械加工。
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