CN109520704A - 一种铸件充型模拟装置及方法 - Google Patents

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苏斌
刘新
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels

Abstract

本发明公开了一种铸件充型模拟装置，所述装置包括坩埚系统、模具系统和观测系统，坩埚系统位于模具系统的上方；坩埚系统包括坩埚、支撑装置和倾转装置，支撑装置上安装倾转装置，倾转装置与坩埚连接并可使坩埚转动；模具系统包括模具、浇盘和挡口盘，浇盘和挡口盘设置在模具上；浇盘上设置浇孔、挡口盘上设置与浇孔配合的调节孔；观测系统：用于观测铸件充型过程。本发明的效果是：采用本发明的多功能水模拟装置可通过调节倾转装置控制坩埚倾转速度，实现倾转浇注式浇注速度的自动控制；可通过转动挡口盘调节挡口盘与浇盘的相对位置，调节浇口尺寸。

Description

一种铸件充型模拟装置及方法
技术领域
本发明涉及铸造及冶金领域，具体地，涉及一种铸件充型模拟装置及方法。
背景技术
铸造及冶金过程中，液体充型过程对铸件质量有重要影响：一方面，充型过程可影响铸件初始温度分布，进而影响铸件凝固过程；另一方面，充型过程本身可能会导致飞溅、卷气、夹杂和冷隔等，从而导致各种铸造缺陷的产生。了解和掌握充型过程液体的流动规律，极大地有助于合格铸件。然而，铸造模具一般为砂型、金属型等，模具本身不透明，充型过程温度高、时间短，液体进入模具型腔之后的流动状态难以直接观察得到，生产中多凭经验设计控制铸件成型过程，增加了生产成本。
介质体模拟技术用某些对流体微元运动起主要作用的力组成无量纲参数，确定相似参数、流体特性及流态转换的定量关系，保证介质体模拟流动与实际铸造流动相似，使得大尺度流体运动的原型可以简单重现。结合透明模具，介质体模拟技术可研究充型过程中的流动规律、流量分布、温度场等，具有简单易行、直观可视化的优点。但是，已有的介质体模拟装置，比如水模拟装置功能单一，无法调节浇孔尺寸、液面流速、介质体口偏心率、流动均匀性等各种直接影响充型过程的参数。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多功能铸件充型模拟装置及方法，实现倾转浇注，而且利用该装置可调节浇口尺寸。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种铸件充型模拟装置，所述装置包括坩埚系统、模具系统和观测系统，坩埚系统位于模具系统的上方；
坩埚系统包括坩埚、支撑装置和倾转装置，支撑装置上安装倾转装置，倾转装置与坩埚连接并可使坩埚转动；
模具系统包括模具、浇盘和挡口盘，浇盘和挡口盘设置在模具上；浇盘上设置浇孔、挡口盘上设置与浇孔配合的调节孔；
观测系统：用于观测铸件充型过程。
作为优选方式，支撑装置包括横向支架、纵向支架和支座，倾转装置包括电机；
横向支架固定与纵向支架上，电机的转轴通过连接件与坩埚固定；
横向支架上有跑道型槽，支座可在跑道型槽内移动。
作为优选方式，浇盘与挡口盘的形状一致，且浇盘与挡口盘均连接同一根旋转轴，通过旋转浇盘和/或挡口盘调节浇孔与调节孔的重叠度。
作为优选方式，观测系统包括摄像装置、显示器、流量数据采集仪、流量计和设置在模具壁上的流量计孔。
作为优选方式，流量计孔的数量与浇孔的数量一致，一个流量计孔对应与一个浇孔连通，在每个流量计孔内分别布置一个流量计；
流量计与流量数据采集仪电连接。
作为优选方式，模具系统周边布有数个所述高速摄像装置，摄像结果存储起来和/或在显示器上实时显示。
作为优选方式，坩埚底部有底孔。
作为优选方式，模具上部设置有排气孔，模具下部设置有排水孔。
作为优选方式，模具整体或者模具局部采用透明材质制成。
一种铸件充型模拟装置的模拟方法，包括如下步骤：
步骤1、根据铸件浇注方式确定所述坩埚使用的浇注方法；
步骤2、调节坩埚的位置；
步骤3、调节浇口大小；
步骤4、介质体添加于坩埚中，打开摄像装置及流量数据采集仪；
步骤5、浇注。
本发明的有益效果是：采用本发明的多功能水模拟装置可通过调节倾转装置控制坩埚倾转速度，实现倾转浇注式浇注速度的自动控制；可通过转动挡口盘调节挡口盘与浇盘的相对位置，调节浇口尺寸。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的坩埚系统及模具系统纵剖面结构示意图；
图中，1-坩埚，2-横向支架，3-纵向支架，4-倾转装置，5-电机，6-跑道型槽，7-模具，8-浇盘，9-挡口盘，10-流量计孔，11-底孔，12-高速摄像装置，13-显示器，14-流量计，15-流量数据采集仪，71-封闭型腔，72-排气孔，73-排水孔，81-浇孔，91-调节孔，92-旋转轴。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种铸件充型模拟装置，所述装置包括坩埚1系统、模具7系统和观测系统，坩埚1系统位于模具7系统的上方；
坩埚1系统包括坩埚1、支撑装置和倾转装置4，支撑装置上安装倾转装置4，倾转装置4与坩埚1连接并可使坩埚1转动；
模具7系统包括模具7、浇盘8和挡口盘9，浇盘8和挡口盘9设置在模具7上，优选地，浇盘8设置在挡口盘9上方；浇盘8上设置浇孔81、挡口盘9上设置与浇孔81配合的调节孔91，浇孔81与调节孔91的重叠度可调；
观测系统：用于观测铸件充型过程。
在一个优选实施例中，支撑装置包括横向支架2、纵向支架3和支座，倾转装置4包括电机5；
纵向支架3设置在模具7上，横向支架2固定与纵向支架3上，电机5的转轴通过连接件与坩埚1固定；
横向支架2上有跑道型槽6(从上往下看，可看到跑道型槽6为腰型孔)，支座可在跑道型槽6内移动，电机5可驱动所述坩埚1转动。
在一个优选实施例中，浇盘8与挡口盘9的形状一致，且浇盘8与挡口盘9均连接同一根旋转轴92，通过旋转浇盘8和/或挡口盘9调节浇孔81与调节孔91的重叠度。优选地，当浇盘8设置在挡口盘9上方时，旋转轴92与浇盘8固定，通过调节挡口盘9实现浇孔81与调节孔91的重叠度调节，即通过调节浇孔81与调节孔91的相对位置，调节浇口的大小。
在一个优选实施例中，通过限定浇孔81和调节孔91的方式实现浇孔81与调节孔91的重叠度调节，即通过设置挡口盘9上调节孔91的数目、形状及分布与浇孔81相同实现。
在一个优选实施例中，浇孔81和调节孔91存在可重叠部分，即通过挡口盘9可以实现浇口(由浇孔81与调节孔91的重叠部分形成)的开度调节；
在一个优选实施例中，模具7内部设置有封闭型腔71，封闭型腔71的形状决定铸件的成型形状。
在一个优选实施例中，浇孔81的数量为若干个并均布于浇盘8上，浇孔81与型腔相通。
在一个优选实施例中，观测系统包括摄像装置(优选高速摄像装置12)、显示器13、流量数据采集仪15、流量计14和设置在模具7壁上的流量计孔10。
在一个优选实施例中，流量计孔10的数量与浇孔81的数量一致，一个流量计孔10对应与一个浇孔81连通，在每个流量计孔10内分别布置一个流量计14；
流量计14与流量数据采集仪15电连接。优选地，流量计14采用欧姆龙FMG-700系列电磁流量计，数据采集仪15采用欧姆龙OM-CP-OCTPRO记录仪。
在一个优选实施例中，模具7系统周边布有数个(比如3个)高速摄像装置12，摄像结果存储起来和/或在显示器13上实时显示。
在一个优选实施例中，坩埚1底部有底孔11。
在一个优选实施例中，模具7上部设置有排气孔72，模具7下部设置有排水孔73。优选地，如图2所示，模具7的侧壁上设置排气孔72，模具7底部设置排介质孔。
在一个优选实施例中，采用倾转浇注式，则进行浇注之前需通过电机5调节坩埚1倾转速度。
在一个优选实施例中，模具7整体或者模具7局部采用透明材质制成。优选地，可视觉观察部分(或者观察窗)由透明无色有机玻璃制成。
一种铸件充型模拟装置的模拟方法，包括如下步骤：
步骤1、根据铸件浇注方式确定所述坩埚1使用的浇注方法，包括：倾转浇注式(所述坩埚1底孔11在浇注过程中全程封闭)，底注式(所述坩埚1底孔11在浇注时打开)；
步骤2、通过调节支座的位置实现调节坩埚1的位置；
步骤3、通过转动挡口盘9和/或浇盘8，调节浇口(浇孔81与调节孔91的重叠部分)大小；
步骤4、配制一定量的介质体(优选地，本发明所述的介质体为添加染色剂、塑料球或可溶示踪粒子的水)并将其添加于坩埚1中，打开高速摄像装置12及流量数据采集仪15；
步骤5、浇注。
在一个优选实施例中，采用步骤1所述倾转浇注式时，所述坩埚1底孔11在浇注过程中全程封闭，进行步骤6之前通过所述电机5调节所述坩埚1倾转速度；采用步骤1所述底注式时，所述坩埚1底孔11在浇注前封闭，在浇注时打开。
采用本发明的多功能水模拟装置，可实现底注式和倾转浇注式两种不同的浇注方式；可通过调节电机5转速控制坩埚1倾转速度，实现倾转浇注式浇注速度的自动控制；可通过转动挡口盘9调节挡口盘9与浇盘8的相对位置，调节浇口尺寸；可通过倾转装置4在跑道型槽6内的移动，调节坩埚1与浇盘8的相对位置，获得水口偏心率对充型过程的影响；可通过流量计14及流量数据采集仪15，定量地获得液面流速和流动均匀性数据。本装置可视觉观察部分选用透明无色有机玻璃制成，选用添加染色剂、塑料球或可溶示踪粒子的水为介质体，可实现多种充型过程的直接观察。
综上所述，本发明可实现铸件充型过程的可视化观察；可实现不同浇注方式；可实现倾转浇注式浇注速度的自动控制；可调节浇口尺寸；可调节水口偏心率；可定量地获得液面流速和流动均匀性数据。
以上显示和描述了本发明的主要特征和本发明的优点。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的实施范围。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。若不脱离本发明的精神和范围所作的修改、等同替换和改进等，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种铸件充型模拟装置，其特征在于：所述装置包括坩埚系统、模具系统和观测系统，坩埚系统位于模具系统的上方；
坩埚系统包括坩埚、支撑装置和倾转装置，支撑装置上安装倾转装置，倾转装置与坩埚连接并可使坩埚转动；
模具系统包括模具、浇盘和挡口盘，浇盘和挡口盘设置在模具上；浇盘上设置浇孔、挡口盘上设置与浇孔配合的调节孔；
观测系统：用于观测铸件充型过程。
2.根据权利要求1所述的一种铸件充型模拟装置，其特征在于：支撑装置包括横向支架、纵向支架和支座，倾转装置包括电机；
横向支架固定与纵向支架上，电机的转轴通过连接件与坩埚固定；
横向支架上有跑道型槽，支座可在跑道型槽内移动。
3.根据权利要求1所述的一种铸件充型模拟装置，其特征在于：浇盘与挡口盘的形状一致，且浇盘与挡口盘均连接同一根旋转轴，通过旋转浇盘和/或挡口盘调节浇孔与调节孔的重叠度。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种铸件充型模拟装置，其特征在于：观测系统包括摄像装置、显示器、流量数据采集仪、流量计和设置在模具壁上的流量计孔。
5.根据权利要求4所述的一种铸件充型模拟装置，其特征在于：流量计孔的数量与浇孔的数量一致，一个流量计孔对应与一个浇孔连通，在每个流量计孔内分别布置一个流量计；
流量计与流量数据采集仪电连接。
6.根据权利要求5所述的一种铸件充型模拟装置，其特征在于：模具系统周边布有数个高速摄像装置，摄像结果存储起来和/或在显示器上实时显示。
7.根据权利要求1所述的一种铸件充型模拟装置，其特征在于：坩埚底部有底孔。
8.根据权利要求1所述的一种铸件充型模拟装置，其特征在于：模具上部设置有排气孔，模具下部设置有排水孔。
9.根据权利要求1所述的一种铸件充型模拟装置，其特征在于：模具整体或者模具局部采用透明材质制成。
10.权利要求1所述的一种铸件充型模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、根据铸件浇注方式确定所述坩埚使用的浇注方法；
步骤2、调节坩埚的位置；
步骤3、调节浇口大小；
步骤4、介质体添加于坩埚中，打开摄像装置及流量数据采集仪；
步骤5、浇注。
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