CN110991093A - 一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法 - Google Patents

一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法 Download PDF

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梁德金
张玉伟
王闯
范伟
王宾
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Abstract

本发明公开了一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，具体涉及铸造技术领域，包括以下步骤：S1、根据计算出的物理模数作出常用模数的保温冒口模型；S2、绘制同种模数的保温冒口模型的三维图，通过模拟软件对保温冒口模型进行详细计算；S3、计算出铸件能够补缩的冒口模数，确定保温冒口的型号；S4、把选好的保温冒口的型号对应的保温冒口模型添加到三维图中，然后将导入的保温冒口模型转换为STL格式；S5、将STL格式的保温冒口模型添加进去，并定义为普通冒口，然后导入模拟计算。本发明通过使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，试验模拟结果与最终实验结果一致，保证使用的保温冒口铸件无缺陷。

Description

一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法
技术领域
本发明实施例涉及铸造技术领域，具体涉及一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法。
背景技术
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史，铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法，被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属(例如铜、铁、铝、锡、铅等)，而铸模的材料可以是砂、金属甚至陶瓷，因应不同要求，使用的方法也会有所不同。在大型铸钢件的生产过程中，铸型中的钢液在凝固过程中会产生体收缩，如果最后得不到补缩，那么在铸件的内部就会形成缩孔或缩松等缺陷，这些缺陷有的可以通过机械加工来消除，有的却无法消除，这样就严重影响了铸件的质量，为了保证获得完整合格的铸件，就必须有足够金属液来补缩凝固过程中产生的体收缩，而最普遍的方法就是在铸件温度最高的部位设置冒口。为了能获得健全合格的铸件，而且能减少后续处理中的资源与人力的浪费，一般采用为铸件添加保温冒口或发热保温冒口的方法。
保温冒口是利用比重小、导热率低、蓄热能力强的绝热保温材料制成保温套放置在铸型中冒口的部位，由保温冒口套的材料特点可知，其隔热性能可以使保温冒口中金属液散热减慢且凝固时间延长，这样就对铸件中的收缩进行更好的补缩，减小甚至缩孔或缩松，从而提高冒口的补缩效率，另外，采用保温冒口后，铸件的接触热节减小，凝固时间缩短，铸件中的晶粒粗大和偏析现象减少，铸件质量得到了提高，因此，采用保温冒口是既能获得优质铸件，又能显著降低成本、提高经济效益的重大工艺措施。
在铸件模拟过程中，需要用到保温冒口的工艺在模拟软件中不存在保温冒口的参数，给模拟过程造成了一定的困难，如果保温冒口参数不对，对于铸件的凝固和保温冒口的补缩作用都会产生影响，从而导致模拟结果不准确，实际生产中会出现缩松、缩孔等缺陷。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，通过计算制作出保温冒口模型，使得保温冒口模型和对应型号的保温冒口模数相同，热节位置相同，然后使用该保温冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，试验模拟结果与最终实验结果一致，保证使用的保温冒口铸件无缺陷，防止实际生产中会出现缩松、缩孔等问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，包括以下步骤：
S1、根据凝固模数公式计算出的物理模数作出常用模数的保温冒口模型；
S2、使用模拟软件绘制同种模数的保温冒口模型的三维图，通过模拟软件对保温冒口模型进行详细计算，使保温冒口模型和对应型号的保温冒口模数相同，热节位置相同，保存好所有保温冒口模型的三维图做替换用；
S3、计算出铸件能够补缩的冒口模数，确定保温冒口的型号：根据铸件的体积
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
和散 热表面积
Figure 401510DEST_PATH_IMAGE002
，计算铸件模数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
，根据铸件的体积
Figure 945492DEST_PATH_IMAGE004
和模数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
，计算铸件的质量周商界
Figure 123664DEST_PATH_IMAGE006
，根据铸件的模数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
和质量周商界
Figure 464515DEST_PATH_IMAGE006
，计算铸件的收缩时间分数
Figure 557409DEST_PATH_IMAGE008
以及补缩率
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
， 根据收缩时间分数
Figure 503368DEST_PATH_IMAGE008
以及
Figure 304971DEST_PATH_IMAGE009
补缩率计算铸件的收缩模数
Figure 195435DEST_PATH_IMAGE010
，根据铸件的收缩模数
Figure 819315DEST_PATH_IMAGE010
计算冒口模数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
，查表确定冒口的具体形状和尺寸以此确定保温冒口的型号；
S4、把选好的保温冒口的型号对应的保温冒口模型添加到三维图中，然后将导入的保温冒口模型转换为STL格式；
S5、将STL格式的保温冒口模型添加进去，并定义为普通冒口，然后导入模拟计算，计算结果合格绘制工装图纸，不合格则返回S3重新计算冒口模数。
进一步地，在步骤S1中凝固模数公式为
Figure 682097DEST_PATH_IMAGE012
。
进一步地，在步骤S2中模拟软件可选用Solid Edge，保温冒口模型详细计算步骤 为：使用Solid Edge查看保温冒口模型的参数，根据参数计算出保温冒口模型的体积
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
和 散热面积
Figure 451339DEST_PATH_IMAGE014
，然后利用凝固模数公式
Figure 314253DEST_PATH_IMAGE012
计算出保温冒口模型的模数，利用热节圆法 确定保温冒口模型的热节位置。
进一步地，在步骤S3中铸件模数计算公式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
，铸件的质量周商界计算 公式为
Figure 850145DEST_PATH_IMAGE016
，铸件的收缩时间分数计算公式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
，补缩率计算 公式为
Figure 36276DEST_PATH_IMAGE018
，铸件的收缩模数计算公式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
，冒口模 数计算公式为
Figure 445261DEST_PATH_IMAGE020
，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
为冒口散热表面积，
Figure 264312DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
为补缩液量，
Figure 151366DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 723161DEST_PATH_IMAGE024
为形成补缩压力的安全液量，
Figure 834206DEST_PATH_IMAGE022
。
进一步地，在步骤S5中计算保温冒口模型的补缩距离L=冒口区+末端区。
进一步地，步骤S5中利用铸件的工艺出品率校核保温冒口模型的补缩能力：在 Solid Edge里点击工具，在其下拉菜单中选择物理属性，在密度里输入对应保温冒口模型 的密度，点击更新，即得出冒口质量，然后根据工艺出品率=
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
计算出工艺出品率，其中
Figure 655400DEST_PATH_IMAGE026
为铸件的质量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE027
为保温冒口模型质量，
Figure 346144DEST_PATH_IMAGE028
为浇筑系 统质量。
本发明实施例具有如下优点：
本发明通过计算制作出保温冒口模型，使得保温冒口模型和对应型号的保温冒口模数相同，热节位置相同，然后使用该保温冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，试验模拟结果与最终实验结果一致，保证使用的保温冒口铸件无缺陷，防止实际生产中会出现缩松、缩孔等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明提供的铸件模拟模型结构图；
图中：1浇注系统、2保温冒口模型、3铸件、4砂芯。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据凝固模数公式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE029
计算出的物理模数作出常用模数的保温冒口模型2；
S2、使用模拟软件绘制同种模数的保温冒口模型2的三维图，通过模拟软件对保温冒口 模型2进行详细计算，计算步骤为：选用Solid Edge查看保温冒口模型2的参数，根据参数计 算出保温冒口模型2的体积
Figure 788758DEST_PATH_IMAGE030
和散热面积
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，然后利用凝固模数公式
Figure 257654DEST_PATH_IMAGE032
计算出保温 冒口模型2的模数，利用热节圆法确定保温冒口模型2的热节位置，使保温冒口模型2和对应 型号的保温冒口模数相同，热节位置相同，保存好所有保温冒口模型2的三维图做替换用；
S3、计算出铸件3（灰铸铁件）能够补缩的冒口模数，确定保温冒口的型号：根据铸件3的 体积
Figure DEST_PATH_IMAGE033
和散热表面积
Figure 316877DEST_PATH_IMAGE034
，计算铸件3模数
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，根据铸件3的体积
Figure 608050DEST_PATH_IMAGE036
和模数
Figure DEST_PATH_IMAGE037
， 计算铸件3的质量周商界
Figure 170750DEST_PATH_IMAGE038
，根据铸件3的模数
Figure 420334DEST_PATH_IMAGE037
和质量周商界
Figure DEST_PATH_IMAGE039
，计算铸件3 的收缩时间分数
Figure 701274DEST_PATH_IMAGE040
以及补缩率
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，根据收缩时间分 数
Figure 796138DEST_PATH_IMAGE042
以及补缩率
Figure DEST_PATH_IMAGE043
计算铸件3的收缩模数
Figure 728191DEST_PATH_IMAGE044
，根据铸件3的收缩模数
Figure DEST_PATH_IMAGE045
计算冒口模数
Figure 368250DEST_PATH_IMAGE046
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为冒口散热表面积，
Figure 120175DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为补缩液量，
Figure 753150DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 87180DEST_PATH_IMAGE050
为形成补缩压力的安全液量，
Figure 429299DEST_PATH_IMAGE048
，查表确定冒口的具体形状和尺寸以此确定保 温冒口的型号；
S4、把选好的保温冒口的型号对应的保温冒口模型2添加到三维图中，然后将导入的保温冒口模型2转换为STL格式；
S5、将STL格式的保温冒口模型2添加进去，并定义为普通冒口，然后导入模拟计算，计 算保温冒口模型2的补缩距离L=冒口区+末端区，利用铸件3的工艺出品率校核保温冒口模 型2的补缩能力：在Solid Edge里点击工具，在其下拉菜单中选择物理属性，在密度里输入 对应保温冒口模型2的密度，点击更新，即得出冒口质量，然后根据工艺出品率=
Figure DEST_PATH_IMAGE051
计算出工艺出品率，其中
Figure 934099DEST_PATH_IMAGE052
为铸件3的质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
为保温冒 口模型2质量，
Figure 105186DEST_PATH_IMAGE054
为浇筑系统1质量，计算结果合格绘制工装图纸，不合格则返回S3重新 计算冒口模数。
实施例2：
本发明提供一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据凝固模数公式
Figure DEST_PATH_IMAGE055
计算出的物理模数作出常用模数的保温冒口模型2；
S2、使用模拟软件绘制同种模数的保温冒口模型2的三维图，通过模拟软件对保温冒口 模型2进行详细计算，计算步骤为：选用Solid Edge查看保温冒口模型2的参数，根据参数计 算出保温冒口模型2的体积
Figure 762563DEST_PATH_IMAGE056
和散热面积
Figure DEST_PATH_IMAGE057
，然后利用凝固模数公式
Figure 993693DEST_PATH_IMAGE058
计算出保温 冒口模型2的模数，利用热节圆法确定保温冒口模型2的热节位置，使保温冒口模型2和对应 型号的保温冒口模数相同，热节位置相同，保存好所有保温冒口模型2的三维图做替换用；
S3、计算出铸件3（球铁件）能够补缩的冒口模数，确定保温冒口的型号：根据铸件3的体 积
Figure DEST_PATH_IMAGE059
和散热表面积
Figure 720210DEST_PATH_IMAGE060
，计算铸件3模数
Figure DEST_PATH_IMAGE061
，根据铸件3的体积
Figure 914562DEST_PATH_IMAGE062
和模数
Figure DEST_PATH_IMAGE063
，计 算铸件3的质量周商界
Figure 144555DEST_PATH_IMAGE064
，根据铸件3的模数
Figure 77745DEST_PATH_IMAGE063
和质量周商界
Figure DEST_PATH_IMAGE065
，计算铸件3的收 缩时间分数
Figure 42290DEST_PATH_IMAGE066
以及补缩率
Figure DEST_PATH_IMAGE067
，根据收缩时间分数
Figure 820759DEST_PATH_IMAGE068
以及补缩率
Figure DEST_PATH_IMAGE069
计算铸件3的收缩模数
Figure 436417DEST_PATH_IMAGE070
，根据铸件3的收缩模数
Figure DEST_PATH_IMAGE071
计算冒口模数
Figure 25661DEST_PATH_IMAGE072
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE073
为冒口散热表面积，
Figure 992349DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure DEST_PATH_IMAGE075
为补缩液量，
Figure 59662DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 84423DEST_PATH_IMAGE076
为形成补缩压力的安全液量，
Figure 641306DEST_PATH_IMAGE074
，查表确定冒口的具体形状和尺寸以此确定保 温冒口的型号；
S4、把选好的保温冒口的型号对应的保温冒口模型2添加到三维图中，然后将导入的保温冒口模型2转换为STL格式；
S5、将STL格式的保温冒口模型2添加进去，并定义为普通冒口，然后导入模拟计算，计 算保温冒口模型2的补缩距离L=冒口区+末端区，利用铸件3的工艺出品率校核保温冒口模 型2的补缩能力：在Solid Edge里点击工具，在其下拉菜单中选择物理属性，在密度里输入 对应保温冒口模型2的密度，点击更新，即得出冒口质量，然后根据工艺出品率=
Figure DEST_PATH_IMAGE077
计算出工艺出品率，其中
Figure 829711DEST_PATH_IMAGE078
为铸件3的质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE079
为保温冒口 模型2质量，
Figure 700715DEST_PATH_IMAGE080
为浇筑系统1质量，计算结果合格绘制工装图纸，不合格则返回S3重新计 算冒口模数。
本发明通过计算制作出保温冒口模型，使得保温冒口模型和对应型号的保温冒口模数相同，热节位置相同，然后使用该保温冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，试验模拟结果与最终实验结果一致，保证使用的保温冒口铸件无缺陷，防止实际生产中会出现缩松、缩孔等问题。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据凝固模数公式计算出的物理模数作出常用模数的保温冒口模型（2）；
S2、使用模拟软件绘制同种模数的保温冒口模型（2）的三维图，通过模拟软件对保温冒口模型（2）进行详细计算，使保温冒口模型（2）和对应型号的保温冒口模数相同，热节位置相同，保存好所有保温冒口模型（2）的三维图做替换用；
S3、计算出铸件（3）能够补缩的冒口模数，确定保温冒口的型号：根据铸件（3）的体积
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和散热表面积
Figure 50730DEST_PATH_IMAGE002
，计算铸件（3）模数
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，根据铸件（3）的体积
Figure 716198DEST_PATH_IMAGE004
和模数
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，计算铸件 （3）的质量周商界
Figure 126320DEST_PATH_IMAGE006
，根据铸件（3）的模数
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和质量周商界
Figure 784703DEST_PATH_IMAGE006
，计算铸件（3）的收缩时间 分数
Figure 963880DEST_PATH_IMAGE008
以及补缩率
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，根据收缩时间分数
Figure 65829DEST_PATH_IMAGE008
以及补缩率
Figure 494405DEST_PATH_IMAGE009
计算铸件（3）的收缩模数
Figure 238370DEST_PATH_IMAGE010
，根据铸件（3）的收缩模数
Figure 85103DEST_PATH_IMAGE010
计算冒口模数
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，查表确定冒口的具体形状和尺寸以 此确定保温冒口的型号；
S4、把选好的保温冒口的型号对应的保温冒口模型（2）添加到三维图中，然后将导入的保温冒口模型（2）转换为STL格式；
S5、将STL格式的保温冒口模型（2）添加进去，并定义为普通冒口，然后导入模拟计算，计算结果合格绘制工装图纸，不合格则返回S3重新计算冒口模数。
2.根据权利要求1所述的一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，其特征在 于：在步骤S1中凝固模数公式为
Figure 76062DEST_PATH_IMAGE012
。
3.根据权利要求1所述的一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，其特征在 于：在步骤S2中模拟软件可选用Solid Edge，保温冒口模型（2）详细计算步骤为：使用Solid Edge查看保温冒口模型（2）的参数，根据参数计算出保温冒口模型（2）的体积
Figure DEST_PATH_IMAGE013
和散热面积
Figure 726355DEST_PATH_IMAGE014
，然后利用凝固模数公式
Figure DEST_PATH_IMAGE015
计算出保温冒口模型（2）的模数，利用热节圆法确定保 温冒口模型（2）的热节位置。
4.根据权利要求1所述的一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，其特征在 于：在步骤S3中铸件（3）模数计算公式为
Figure 477273DEST_PATH_IMAGE016
，铸件（3）的质量周商界计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，铸件（3）的收缩时间分数计算公式为
Figure 896622DEST_PATH_IMAGE018
，补缩率计算公式 为
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，铸件（3）的收缩模数计算公式为
Figure 324061DEST_PATH_IMAGE020
，冒口模数 计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，其中
Figure 212383DEST_PATH_IMAGE022
为冒口散热表面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 750680DEST_PATH_IMAGE024
为补缩液量，
Figure 572006DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为形成补缩压力的安全液量，
Figure 170346DEST_PATH_IMAGE023
。
5.根据权利要求1所述的一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，其特征在于：在步骤S5中计算保温冒口模型（2）的补缩距离L=冒口区+末端区。
6.根据权利要求1所述的一种使用冒口模型替换保温冒口的铸造模拟方法，其特征在 于：步骤S5中利用铸件（3）的工艺出品率校核保温冒口模型（2）的补缩能力：在Solid Edge 里点击工具，在其下拉菜单中选择物理属性，在密度里输入对应保温冒口模型（2）的密度， 点击更新，即得出冒口质量，然后根据工艺出品率=
Figure 77123DEST_PATH_IMAGE026
计 算出工艺出品率，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为铸件（3）的质量，
Figure 419111DEST_PATH_IMAGE028
为保温冒口模型（2）质量，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为浇筑 系统（1）质量。
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