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,根据筒型铸型1内腔尺寸确定筒型铸型1内腔的体积V,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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