CN110232244A - 一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法 - Google Patents

一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，属于铸造成型模拟技术领域，至少包括以下步骤构建离心状态下的液态金属圆筒模型，将圆筒模型展成平板模型，利用平板模型的重力成型模拟筒型件的离心成型，得到平板模型的重力成型下的成型收缩模型，利用收缩模型的收缩断面沿圆筒模型的中轴线旋转建模，构建筒型件内孔模型，能够准确的模拟出筒型件离心成型后内孔的形状。本发明提供的一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，无需通过增加液态金属来弥补成型后筒型件内孔的模拟误差，避免了液态金属的浪费和增加筒型件内孔的加工量的问题。

Description

一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的 方法
技术领域
本发明属于铸造成型模拟技术领域，更具体地说，是涉及一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法。
背景技术
卧式离心铸造是一种能够实现双层或多层复合筒型铸件的简便方法，具有装备简单、工艺稳定、效率高、组织致密和加工量少等优点，已广泛应用于铸管、复合轧辊、复合钢管、缸套等零件的生产。
筒型件的卧式离心铸造过程，是通过高温液态金属经浇注系统流入旋转的筒型铸型中，液态金属在浇注系统通过后，全部流入旋转铸型，流入旋转铸型后，在离心力的作用下，所有液体金属能紧贴铸型，形成中空的自由内表面。由于铸型与液体金属高速旋转，液体金属每一质点在凝固过程中均受离心力与重力的共同作用，最终形成内表面近似正圆的筒型件。但在筒型件离心铸造过程中，浇注系统无法实现补缩功能，同时难于设计冒口补缩，因此筒型件的凝固收缩后，铸件内孔在圆周方向为近似正圆，但在内孔长度方向内表面的母线为非直线。
ProCAST软件作为一款通用有限元模拟软件，与其他软件相比操作更为简单，运行可靠，模拟结果与实际情况复合较好，利用ProCAST软件模拟筒型件的卧式离心铸造过程，虽能大体模拟出铸件的最终形状和缺陷，但由于筒型件在实际成型过程中受到离心力的同时，还会受到自身重力和凝固自身补缩的因素影响，ProCAST软件不能准确的模拟离心铸件出筒型件内孔的真实形状，往往只能通过增加液态金属来弥补成型后筒型件内孔的模拟误差，造成了液态金属的浪费同时也增加了筒型件内孔的加工量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，旨在解决ProCAST软件不能准确的模拟出离心铸造筒型件内孔的真实形状，往往只能通过增加液态金属来弥补成型后筒型件内孔的模拟误差，造成了液态金属的浪费同时也增加了筒型件内孔的加工量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，至少包括以下步骤：
步骤一，确定在离心状态下，形成的贴合于筒型铸型内壁由液态金属构成的筒型结构，并构建圆筒模型；
步骤二，将所述圆筒模型沿周向展成截面为梯形的平板模型；
步骤三，将所述平板模型的尺寸参数输入ProCAST软件内，所述梯形的长边一侧作为底面，短边一侧作为顶面，模拟重力成型，并获得冷却后的收缩模型；
步骤四，将所述收缩模型沿所述圆筒模型的中轴线剖开，获得收缩断面；
步骤五，将所述收缩断面导入制图软件，以圆筒模型的中轴线为旋转轴，所述收缩断面的上边沿所述旋转轴旋转建模，获得筒型件内孔模型。
进一步地，在步骤一中，根据待制备筒型件的尺寸确定筒型铸型内腔尺寸和液态金属加入量，从而确定筒型结构尺寸。
进一步地，在步骤二中，选取与所述圆筒模型中轴线垂直的截面的1/8～1/32展开，形成断面为梯形的所述平板模型。
进一步地，在步骤三中，在所述梯形断面的两侧腰部设置局部传热条件。
进一步地，在步骤五中，沿所述收缩断面的长度方向划分多条连线，多条所述连线与所述圆筒模型的中轴线垂直，一端点位于所述圆筒模型的中轴线上，另一端点位于所述收缩断面上边，沿所述中轴线旋转，构建多个虚拟圆，利用拟合曲线构建所述内孔模型。
进一步地，所述连线共15条，所述收缩断面上边两端1/6的长度内分别等距分布5条，中部2/3的位置等距分布5条。
进一步地，在步骤五中,所述制图软件可选用CAD，CATIA,SolidWorks或UG三维软件。
本发明提供的一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，通过构建离心状态下的液态金属圆筒模型，将圆筒模型展成平板模型，利用平板模型的重力成型模拟筒型件的离心成型，得到平板模型的重力成型下的成型收缩模型，利用收缩模型的收缩断面沿圆筒模型的中轴线旋转建模，构建筒型件内孔模型，能够准确的模拟出筒型件离心成型后内孔的形状，无需通过增加液态金属来弥补成型后筒型件内孔的模拟误差，避免了液态金属的浪费和增加筒型件内孔的加工量的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的离心铸造筒型件的工作示意图；
图2为本发明实施例提供的整个圆筒模型展成平板模型的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的部分圆筒模型展成平板模型的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的平板模型重力成型为收缩模型的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的收缩模型划分多条连线的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的形成内孔模型的结构示意图。
图中：1、筒型铸型；2、筒型件；3、平板模型；4、收缩模型；5、中轴线；6、连线。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现对本发明提供的一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件2内孔收缩模拟的方法进行说明。一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件2内孔收缩模拟的方法，至少包括以下步骤：
步骤一，确定在离心状态下，形成的贴合于筒型铸型1内壁由液态金属构成的筒型结构，并构建圆筒模型；
请参阅图1，在离心铸造筒型件2时，将液态金属通过浇道注入筒型铸型1内，筒型铸型1不断旋转，通过离心力使液态金属贴合于筒型铸型1内壁上，形成由液态金属构成的筒型结构，按照筒型结构的尺寸建立对应尺寸的圆筒模型。
步骤二，将圆筒模型沿周向展成截面为梯形的平板模型3；
请参阅图2，圆筒模型的内径周长为梯形的上边长度，圆筒模型的外径周长为梯形的底边长度，圆筒模型的壁厚为梯形的高度。
步骤三，将平板模型3的尺寸参数输入ProCAST软件内，梯形的长边一侧作为底面，短边一侧作为顶面，模拟重力成型，并获得冷却后的收缩模型4；
其中，以梯形的长边为底面，短边为顶面模拟重力成型，在模拟重力成型过程中，通过ProCAST软件设定重力成型的边界条件，用重力模拟离心成型的离心力，并建立与离心成型相同的温度场,离心成型时，温度梯度的变化主要受到筒型铸型1形状的影响，由于液态金属温度较高，在液态金属冷却收缩时，靠近筒型铸型1的部分的降温速度较快，先于本体凝固；在用重力成型模拟离心成型时，应考虑到铸型对液态金属冷却凝固的影响，利用ProCAST软件设定重力成型时金属液体的温度场，即，使得展开后的平板模型3与圆筒模型对应位置的温度场保持一致。由于平板模型3没有冒口进行补缩，在重力作用下，会出现自身补缩的情况，成型后顶面会向底面一侧凹陷，参照平板模型3成型后的形状建立收缩模型4。
步骤四，将收缩模型4沿圆筒模型的中轴线5剖开，获得收缩断面；
请参阅图4，将收缩模型4沿原圆筒模型的中轴向剖开，形成顶面向下凹陷的断面图，以该断面图构建收缩模型4。
步骤五，将收缩断面导入制图软件，以圆筒模型的中轴线5为旋转轴，收缩断面的上边沿旋转轴旋转建模，获得筒型件2内孔模型；
请参阅图6，将收缩断面尺寸导入制图软件，制图软件为三维软件，收缩断面的上边沿以圆筒模型的中轴线5为旋转轴旋转，形成变径筒结构，模拟筒型件2内孔的形状，获得筒型件2内孔模型。
本发明提供的一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件2内孔收缩模拟的方法，与现有技术相比，本发明一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件2内孔收缩模拟的方法，通过构建离心状态下的液态金属圆筒模型，将圆筒模型展成平板模型3，利用平板模型3的重力成型模拟筒型件2的离心成型，得到平板模型3的重力成型下的成型收缩模型4，利用收缩模型4的收缩断面沿圆筒模型的中轴线5旋转建模，构建筒型件2内孔模型，能够准确的模拟出筒型件2离心成型后内孔的形状，无需通过增加液态金属来弥补成型后筒型件2内孔的模拟误差，避免了液态金属的浪费和增加筒型件2内孔的加工量的问题。
作为本发明的一种具体实施方式，请参阅图1，在步骤一中，根据待制备筒型件2的尺寸确定筒型铸型1内腔尺寸和液态金属加入量，从而确定筒型结构尺寸。本实施例中，根据待制备的筒型件2的外径和长度尺寸选取离心模具，考虑成型过程中的体收缩，不同材质的筒型件2在成型后体收缩存在一定的区别，最终确定筒型铸型1的内腔尺寸，筒型铸型1内腔的长度为l，直径为D，根据待制备的筒型件2外径、内孔和长度的尺寸，确定筒型件2的体积，同样考虑体收缩的影响，确定液态金属的加入量V液，根据筒型铸型1内腔尺寸确定筒型铸型1内腔的体积V型，从而确定离心状态下形成的贴合于筒型铸型1内壁由液态金属构成的筒型结构的内孔直径d，参照以下推导公式：最终确定筒型结构的尺寸，长度l，外径D，内径d，依据筒型结构的尺寸构建圆筒模型。
作为本发明的一种具体实施方式，请参阅图3，在步骤二中，选取与圆筒模型中轴线5垂直的截面的1/8～1/32展开，形成断面为梯形的平板模型3。本实施例中，将整个圆筒模型展开时，由于圆筒模型的壁厚不同，展开后得到的平板模型3的断面结构也不相同，当圆筒模型的壁厚较薄时，展开后的梯形截面的长边和短边的差值较小，梯形的腰倾斜角度不大，腰和长边的夹角不会太小；但当圆筒模型的壁厚较厚时，展开后的梯形截面的长边和短边的差值较大，梯形的腰倾斜角度较大，腰和长边的底部夹角太小，形成尖角结构，在重力成型时，该尖角结构先于本体冷却凝固，引起底部夹角较大的温度分布畸变，从而影响收缩的模拟精度。因此，可将部分圆筒模型的展开，减小展开部分平板模型3中梯形断面长边与短边的差值，避免底部夹角的角度过小。同样的，选取部分圆筒模型的展开，也可减小平板模型3的尺寸，减少ProCAST软件模拟重力成型时的减少分层数，降低计算量，提高ProCAST软件运算速度。
作为本发明的一种具体实施方式，请参阅图3，在步骤三中，在梯形断面的两侧腰部设置局部传热条件。本实施例中，梯形端面的两侧腰部的夹角为锐角，在重力成型时，该结构先于本体冷却凝固，引起底部夹角较大的温度分布畸变，通过ProCAST软件设定该部位周边的局部传热条件，建立与离心凝固温度场相同的温度场，确保重力成型时各部位的温度场与离心成型的温度场一致，保证模拟数值的准确性。
作为本发明的一种具体实施方式，请参阅图5，在步骤五中，沿收缩断面的长度方向划分多条连线6，多条连线6与圆筒模型的中轴线5垂直，一端点位于圆筒模型的中轴线5上，另一端点位于收缩断面上边，沿中轴线5旋转，构建多个虚拟圆，利用拟合曲线构建内孔模型。本实施例中，利用多个连线6模拟筒型件2内孔的多个半径，旋转建模成多个虚拟圆，模拟筒型件2内孔径变化趋势，利用拟合曲线连接多个虚拟圆构建内孔模型，能准确的表征出内孔形状，同时避免过多半径数据增加的计算量。
作为本发明的一种具体实施方式，请参阅图5，连线6共15条，收缩断面上边两端1/6的长度内分别等距分布5条，中部2/3的位置等距分布5条。本实施例中，在重力成型模拟中，靠近边缘部分的成型用于模拟离心成型中筒型件2两端的成型，边缘部分由于受热条件的影响，会先于中部凝固成型，边缘部分较中部的温度变化更快，收缩变形的程度也越大，因此在靠近收缩断面两端设置的连线6更多，能够更为准确的模拟出离心成型下，筒型件2内孔实际的情况。
作为本发明的一种具体实施方式，在步骤五中,制图软件可选用CAD，CATIA,SolidWorks或UG三维软件。本实施例中，可根据个人习惯选取三维软件，进行旋转建模。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
步骤一，确定在离心状态下，形成的贴合于筒型铸型内壁由液态金属构成的筒型结构，并构建圆筒模型；
步骤二，将所述圆筒模型沿周向展成截面为梯形的平板模型；
步骤三，将所述平板模型的尺寸参数输入ProCAST软件内，所述梯形的长边一侧作为底面，短边一侧作为顶面，模拟重力成型，并获得冷却后的收缩模型；
步骤四，将所述收缩模型沿所述圆筒模型的中轴线剖开，获得收缩断面；
步骤五，将所述收缩断面导入制图软件，以圆筒模型的中轴线为旋转轴，所述收缩断面的上边沿所述旋转轴旋转建模，获得筒型件内孔模型。
2.如权利要求1所述的一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，其特征在于，在步骤一中，根据待制备筒型件的尺寸确定筒型铸型内腔尺寸和液态金属加入量，从而确定筒型结构尺寸。
3.如权利要求1所述的一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，其特征在于，在步骤二中，选取与所述圆筒模型中轴线垂直的截面的1/8～1/32展开，形成断面为梯形的所述平板模型。
4.如权利要求1所述的一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，其特征在于，在步骤三中，在所述梯形断面的两侧腰部设置局部传热条件。
5.如权利要求1所述的一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，其特征在于，在步骤五中，沿所述收缩断面的长度方向划分多条连线，多条所述连线与所述圆筒模型的中轴线垂直，一端点位于所述圆筒模型的中轴线上，另一端点位于所述收缩断面上边，沿所述中轴线旋转，构建多个虚拟圆，利用拟合曲线构建所述内孔模型。
6.如权利要求5所述的一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，其特征在于，所述连线共15条，所述收缩断面上边两端1/6的长度内分别等距分布5条，中部2/3的位置等距分布5条。
7.如权利要求1所述的一种基于ProCAST软件卧式离心铸造筒型件内孔收缩模拟的方法，其特征在于，在步骤五中,所述制图软件可选用CAD，CATIA,SolidWorks或UG三维软件。
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