CN113458362B - 一种低压铸造过程稳态充型控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压铸造过程稳态充型控制方法，基于自由液面上升临界速度调控充型压力，减少自由液面变形和折叠。首先，设计铸件的铸造工艺，分析铸件充型流动准则；然后，采用数值模拟方法，建立液面充型速率与时间的关系，核算充型自由液面流动场；其次，获得优化工艺条件下封闭容器中合金熔体升液与充型压力曲线，设计压力‑时间曲线；再次，构建出封闭容器测试压力‑时间函数；最后，运用压力控制方法动态调控低压铸造充型过程金属液充型压力，实现对低压铸造过程的稳态充型。采用本发明能够有效、准确的控制合金充型流动行为，降低卷入性缺陷，提升铸件品质。

Description

一种低压铸造过程稳态充型控制方法

技术领域：

本发明属于铸造技术领域，具体的说就是提供一种低压铸造过程稳态充型控制方法，采用本发明能够有效、准确的控制合金充型流动行为，降低卷入性缺陷，提升铸件品质。

背景技术：

铸造是指将液态合金浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的型腔中,待其冷却、凝固后获得毛坯或零件的生产方法。铸造具有生产效率高、工艺灵活、成本低等特点，在工业领域的应用十分广泛。但是，铸造过程控制水平的高低直接影响产品质量。铸造充型紊态自由表面引起的气体与氧化膜卷入，直接决定了铸件中气孔缺陷和氧化膜夹杂的分布。因此，合金熔体充型平稳程度直接影响内部卷入性缺陷,调控合金熔体充型行为有利于减少卷入类铸造缺陷、提升铸件的致密性水平和力学性能。

低压铸造是一种反重力铸造方法，通过将封闭容器中的熔体低速充模和在模腔中定向顺序凝固，来确保产品具有出色的铸造品质，现已成为铸造高品质铸件的首选方法。一般来说，金属液自由表面是一个逐渐向前推进的过程,保持熔体自由表面具有一直向上的速度，能够显著减少自由表面波动和回落引起的表面波动变形和折叠卷入，达到避免双层膜缺陷如夹渣、卷气的目的。

因此，人们都在设法控制熔体充型行为。不论是实验研究、理论分析，抑或是数值模拟方法等，都在铸造工艺设计和控制过程中发挥着积极作用。《简单件低压铸造充型平稳曲线的研究》(铸造技术，2010年第31卷第11期)一文指出在充型过程中，在不同截面采用不同的内浇道速度的方法。对于简单件,在内浇道处采用比较低的速度,进入大截面后,提高速度,当从大截面流入小截面后,适当减小速度,而从小截面流向大截面时,则尽可能的降低速度。该种方法对熔体的流动行为控制尚缺乏有效的手段，且缺乏可供参考的标准。因为自由表面卷入除了与表面湍流有关外，还与液面前沿的速度矢量和加速度存在密切联系。

因此，迫切需要开发一种低压铸造过程稳态充型控制方法，以获得更加平稳的充型条件，进而满足高质量低压铸件生产和工艺优化的需要。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种低压铸造过程稳态充型控制方法，采用本发明能够准确的控制铸造过程的流动行为，同时减少自由液面前沿的卷入现象，为低压铸造精密控制和高质量铸件生产提供指导和依据。

本发明的技术方案如下：

一种低压铸造过程稳态充型控制方法，首先，依据铸件结构和低压铸造工艺方法，设计铸件的铸造工艺和铸件成型型腔结构，分析铸件充型流动行为；其次，采用数值模拟方法，在确保型腔内液面前沿保持向上加速度作为熔体充型控制条件，建立液面充型速率与时间的关系，核算充型自由液面流动场；再次，结合低压铸造过程分析与实践，获得优化工艺条件下熔体充型压力控制变量，设计合金熔体流动压力-时间曲线；然后，依据升液与充型过程中合金熔体流动压力-时间曲线，优化低压铸造压力控制策略，构建出升液与充型过程中封闭容器压力-时间函数；最后，依据设定的升液与充型过程中封闭容器压力-时间函数，进行低压铸造在线控制实践，实现充型过程的平稳化。

本发明的有益效果在于：

1.基于热流体流动特性，采用的流体传输方法获得了模具内熔体充型行为，通过熔体前沿正加速度前提下避免熔体卷折，确保熔体充型过程的平稳可控。

2.该种方法在于建立起实际生产过程中铸型中熔体充型过程的调控机制，通过建立合理的升液充型压力曲线和压力监控，实现低压铸造过程具有更高的可控性和可靠性。

附图说明：

图1为低压铸造过程充型流动调控的流程图，图2所示为低压铸造过程中充型压力-时间变化曲线，其中列出了采用均速流动和增速流动两种条件下的压力-时间控制曲线。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2，本发明所提供的一种低压铸造过程稳态充型控制方法，包括以下工作步骤：

①铸件充型流动准则分析。依据零件结构及低压铸造工艺方法，设计铸件的铸型结构及浇冒口系统，完成铸件的铸造工艺设计，分析铸件充型流动准则；

②铸造流动场计算与验证。采用数值模拟方法，在确保型腔内液面前沿的向上加速度条件下作为熔体充型控制条件，建立液面充型速率与时间的关系，核算充型自由液面流动场；

③铸造充型压力曲线设计。结合低压铸造过程分析与实践，获得优化工艺条件下熔体充型压力控制变量，设计合金熔体流动压力-时间曲线；

④封闭容器测试压力演变函数。依据合金熔体压力-时间曲线，基于低压铸造封闭容器压力控制策略，构建出升液与充型过程中封闭容器压力-时间函数；

⑤铸造充型过程金属液充型动态调控。依据设定的升液与充型压力-时间控制函数，基于低压铸造过程中压力控制方法，进行低压铸造过程金属液升液、充型过程动态调控，实现低压铸造过程熔体稳态充型。

实施例1

以低压铸造大型铝合金油底壳件为例，首先，分析铸件结构与低压铸造工艺技术特征，设计产品的低压铸造工艺；其次，采用Anycasting铸造模拟软件设计对该铸件铸造工艺进行优化，考察型腔中合金熔体充型过程的流动特性，分析自由液面前沿流动控制条件及其与充型压力之间的关系；再次，基于自由液面临界速度增量控制原则，获得优化工艺条件下的封闭容器中合金熔体升液与充型压力曲线，设计出充型压力-时间曲线；然后，依据合金熔体升液与充型压力曲线，优化低压铸造封闭容器压力控制策略，明确出图2所示的增速流动曲线，也即封闭腔体充型压力-时间函数关系；最后，依据封闭腔体中测试点的压力传感器，实时检测封闭腔体中的压力变化，并借助优化控制方法调控模腔内的液体充型压力，达到平稳充型的目的。相比于图2的均速流动工艺，采用图2增速流动工艺控制模腔的充型行为，产品卷入类缺陷减少30％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种低压铸造过程稳态充型控制方法，其特征在于，按照如下步骤：

首先，依据零件结构及低压铸造工艺方法，设计铸件的铸型结构及浇冒口系统，完成铸件的铸造工艺设计，分析铸件充型流动准则；

然后，采用数值模拟方法，在确保型腔内液面前沿的向上加速度条件下作为熔体充型控制条件，建立液面充型速率与时间的关系，核算充型自由液面流动场；

其次，结合低压铸造过程分析与实践，获得优化工艺条件下熔体充型压力控制变量，设计合金熔体压力-时间曲线；

再次，依据合金熔体压力-时间曲线，基于低压铸造封闭容器压力控制策略，构建出升液与充型过程中封闭容器压力-时间函数；

最后，依据设定的升液与充型压力-时间控制函数，基于低压铸造过程中压力控制方法，进行低压铸造充型过程金属液升液、充型动态调控，实现充型液面稳态充型。

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