CN102768023A

CN102768023A - 一种铸件浇注充型流动的测量系统及测量方法

Info

Publication number: CN102768023A
Application number: CN2011101167041A
Authority: CN
Inventors: 聂刚; 康进武; 郝小坤; 原可义; 龙海敏
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-05-06
Also published as: CN102768023B

Abstract

本发明属于铸造充型技术领域，具体涉及一种铸件浇注充型流动的测量系统及测量方法。采用LED指示灯指示铸件浇注过程中液态金属充填位置，并采用高速摄像拍摄LED指示灯屏各LED点亮，通过图像分析各LED指示灯点亮时刻，得到各对应位置的充型时间和各时刻的铸件整体的充型形貌。本发明的优点是响应快、精度高、直观，而且操作简单、成本低，几乎不受采集点数目的限制，因此在铸造流场的测量中有着独特的优势。

Description

一种铸件浇注充型流动的测量系统及测量方法

技术领域

本发明属于铸造充型技术领域，具体涉及一种铸件浇注充型流动的测量系统及测量方法。

背景技术

铸造是将高温液态金属浇注到封闭的型腔中，金属凝固后得到所需零件的复杂热成形过程。掌握金属液在浇注系统和铸型中的流动状态，可以优化浇注系统设计，减轻液态金属的氧化和吸气，减轻液态金属对铸型的侵蚀和冲击，避免冷隔和浇不足等缺陷，有助于实现顺序凝固等。对金属液的充型过程的研究是优化铸造工艺和提高铸件质量的重要前提之一，具有重要的工程应用价值。但是由于铸型的存在，液态金属的充型过程难以直接观察。同时由于液态金属处于高温状态，液态金属的流动测试也十分困难。一般多采用凝固模拟技术或水模拟来进行研究和观察，但是这些方法难以直接反应实际液态金属的充型。

因此，对铸件浇注充型过程进行测量是非常有意义的。有人采用将铜导线预先置于金属型腔中，通过数据采集卡采集导线的导通信号，当液态金属充填到测量点时，采集卡对应的通道产生信号，从而得到各点的充型时间。该方法测量点数量取决于计算机采集卡的通道数量，同时需要复杂的软硬件系统，尤其高速、抗干扰的采集卡成本高。

发明内容

本发明提供了一种铸件浇注充型流动的测量系统及测量方法，其目的是实现铸件液态金属浇注充型时，金属液充型的形状和流动速度的测量。

本发明的基本原理是，基于LED有极快的响应速度，用LED屏幕上各LED灯的点亮来反映铸造浇注时液态金属在各位置的充填，并用高速摄像机记录LED的状态，再进行图像分析得到各位置的充型时间。

本发明提供的铸件浇注充型流动的测量系统，其组成为：在铸型型腔上设置若干个测量点，所述每个测量点均通过引线串联一个LED指示灯，将各测量点对应的LED指示灯按在铸件中的位置布置构成LED屏，从浇道上引出公共端；在公共端与各LED指示灯之间连接公用电源，或者LED指示灯都采用有源LED指示灯；在LED屏处放置高速摄像机。

所述高速摄像机的摄像频率设置为预计充填时间的1/100～1/1000。

从所述浇道上引出公共端，并在公共端与各LED指示灯之间连接公用电源；或者所述LED指示灯采用有源LED指示灯。

本发明提供的一种铸件浇注充型流动的测量方法，包括以下步骤：

(a)设置测量点，并安装LED指示灯，LED指示灯指示铸件浇注过程液态金属充填位置；

(b)浇注，并采用高速摄像拍摄LED指示灯屏各LED的点亮过程；

(c)通过图像分析各LED指示灯点亮时刻，得到对应位置的充型时间和各时刻的铸件整体的充型形貌。

所述步骤(c)中，各LED指示灯点亮时刻的计算公式为：

t_{i} = t_{0} + \frac{i}{f \cdot n_{s}} (t_{end} - t_{0});

式中，t_i为当前时间，t₀和t_end分别为初始和结束时间，f为摄像频率，单位为帧数/s，n_s为整个摄像时间，单位为s，i为当前帧总编号。

本发明的有益效果为：

采用LED(发光二极管)屏指示液态金属各充型位置的导通信号，用高速摄影纪录LED屏各指示灯的点亮，从而测量液态金属的流场。该方法响应快、精度高、结果直观，而且操作简单、成本低，几乎不受采集点的数目的限制，在铸造流场的测量中有着独特的优势。

附图说明

图1为本发明中测量系统(LED指示灯采用公共电源)的示意图。

图2为本发明中测量方法(LED指示灯采用独立电源)的示意图。

图3实施案例直立浇注平板铸件的LED指示灯点亮过程；

图4实施案例直立浇注平板铸件的充填过程

图中：1是测量点，2是充型时间等值线

图中标号：

1-铸件，2-铸型型腔，3-测量点，4-LED指示灯，5-LED屏，6-高速摄像机，7-公共端，8-浇道。

具体实施方式

本发明提供了一种铸件浇注充型流动的测量系统及测量方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

在铸型型腔2上设置若干个测量点，所述每个测量点3均通过引线串联一个LED指示灯4，将各测量点对应的LED指示灯按在铸件1中的位置布置构成LED屏5，在LED屏5处放置高速摄像机6。

从浇道8上引出公共端7，并在公共端7与各LED指示灯之间连接公用电源，如图1所示；或者所述LED指示灯4直接采用有源LED指示灯，如图2所示。

由于LED响应速度非常快，为10^-9至10^-7秒，所以高速摄像机6也要达到频率在30～10000帧/秒，并将高速摄像机6的摄像频率设置为预计充填时间的1/100～1/1000。

具体操作时，按以下步骤进行：

(b)浇注，并采用高速摄像拍摄LED指示灯屏各LED的点亮过程；

(c)通过图像分析各LED指示灯点亮时刻，得到对应位置的充型时间和各时刻的铸件整体的充型形貌，对相邻测量点的LED点亮的时间间隔分析，即可得出充型时金属液在这两点之间的流动速度；各LED指示灯点亮时刻的计算公式为：

t_{i} = t_{0} + \frac{i}{f \cdot n_{s}} (t_{end} - t_{0});

实施案例

选择直立浇注平板铸件，直立平板尺寸：100×200×20mm。采用消失模泡沫铸造。

第一步，造型时在砂箱中放置泡沫模样，进行造型，放置测点引线和公共端。造型时，在型腔(泡沫模样)的测量点处放置引线，并从浇道上引出公共端。共布置100个测量点，测量点间隔行距10mm，列间距10mm，行之间交错排列。

第二步，连接外部电路。在引线上串联LED指示灯，在公共端与LED指示灯之间连接电源，并在LED屏处放置高速摄像机。LED指示灯按在测量点的排列相对位置排列成10×10mm矩阵。

第三步，打开高速摄像机，设定拍摄频率为300帧/s，开始对LED屏连续摄像，将摄像机摄像频率设置为预计充填时间的1/100。

第四步，浇注，用摄像机开始对LED高速录像，LED屏上的LED指示灯相继点亮，如图3所示，图中黑点表示已点亮的LED指示灯。

第五步，数据分析。通过对摄像机记录的LED点亮的时间分析即可得到充型的过程。对相邻测点的LED点亮的时间间隔分析，即可得出充型时金属液在这两点之间的流动速度。充型结果如图4所示。

Claims

1.一种铸件浇注充型流动的测量系统，其特征在于，在铸型型腔(2)上设置若干个测量点，所述每个测量点均通过引线串联一个LED指示灯，将各测量点对应的LED指示灯按在铸件中的位置布置构成LED屏(5)，在LED屏(5)处放置高速摄像机(6)。

2.根据权利要求1所述的一种铸件浇注充型流动的测量系统，其特征在于，所述高速摄像机(6)的摄像频率设置为预计充填时间的1/100～1/1000。

3.根据权利要求1所述的一种铸件浇注充型流动的测量系统，其特征在于，从所述浇道(8)上引出公共端(7)，并在公共端(7)与各LED指示灯之间连接公用电源；或者所述LED指示灯采用有源LED指示灯。

4.一种铸件浇注充型流动的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(b)浇注，并采用高速摄像拍摄LED指示灯屏各LED的点亮过程；

5.根据权利要求4所述的一种铸件浇注充型流动的测量方法，其特征在于，所述步骤(c)中，各LED指示灯点亮时刻的计算公式为：

t_{i} = t_{0} + \frac{i}{f \cdot n_{s}} (t_{end} - t_{0});