CN116629062A - 一种模温平衡评估方法、系统、计算机设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铸造技术领域，提出一种模温平衡评估方法、系统、计算机设备及存储介质，其中所述方法包括以下步骤：构建铸造模拟仿真模型，并在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点；执行n轮预热循环模拟仿真，获取每一轮次开模时刻各所述温度采集点所采集的温度值，用于构建当前轮次的模具温度场分布图谱；其中，在每一轮次的预热循环模拟仿真后，根据所述模具温度场分布图谱计算当前轮次i与上一轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi；当误差εi小于预设的误差阈值时，判断为当前所述铸造模拟仿真模型达到模温平衡。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，更具体地，涉及一种模温平衡评估方法、系统、计算机设备及存储介质。
背景技术
铸造是将熔融的液态金属浇注到具有与零件外型轮廓、尺寸相适应的模具型腔中，待其冷却、凝固后获得毛坯或零件的一种制造方法。目前有铸造模拟仿真软件用于分析铸造充型凝固过程的气孔、缩孔等常见缺陷。在进行一轮完整的充型凝固耦合模拟仿真计算前，必须进行模具预热循环，以使模具温度达到平衡状态，即模温平衡，指冷模在经历一定次数的预热循环后，吸放热达到动态平衡的状态，从而保证接下来的充型凝固耦合模拟仿真更为接近实际连续稳定生产条件，也是保障模拟仿真分析准确度的前提条件之一。
目前，在铸造模拟仿真环境下，主要通过在仿真环境中的模具内设置测温热电偶，随着预热循环次数的不断增加，该热电偶前后连续两次温度曲线会越来越接近，待接近至某一设定的阈值，则认为达到模温平衡。然而由于模具冷却、散热、局部结构的差异，导致模具上不同位置达到平衡时温度不一样，因此仅根据测温热电偶的温度曲线评估模温平衡存在一定偏差。此外，目前有提出模具温度控制方法，提出结合实验测得的铸件界面换热和模具材料变量，计算模具温度分布，再模拟计算整个工艺过程中模具热量的变化情况，预测铸造过程模具温度场演变规律，确定模具温度测试点温度变化函数，最后结合模具冷却系统，以模具厚度方向上多个特征点的温度控制为目标参量，控制铸造工艺循环过程中的模具温度。然而该方法仅适用于模具温度的调控，难以评估模具温度是否达到平衡状态，难以保证保障模拟仿真分析准确度。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中仅根据测温热电偶的温度曲线评估模温平衡存在一定偏差，导致影响铸造模拟仿真分析准确度的缺陷，提供一种基于铸造模拟仿真的模温平衡评估方法、系统、计算机设备及存储介质。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种模温平衡评估方法，包括以下步骤：
构建铸造模拟仿真模型，并在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点；
执行n轮预热循环模拟仿真，获取每一轮次开模时刻各所述温度采集点所采集的温度值，用于构建当前轮次的模具温度场分布图谱；其中n为正整数；
其中，在每一轮次的预热循环模拟仿真后，根据所述模具温度场分布图谱计算当前轮次i与上一轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi；当误差εi小于预设的误差阈值时，判断为当前所述铸造模拟仿真模型达到模温平衡。
本技术方案中，所述构建铸造模拟仿真模型时，包括以下步骤：
基于铸造模拟仿真平台，导入目标模型数据；所述目标模型数据包括模具模组数据、铸件模组数据、浇注系统模组数据、排溢系统模组数据、冷却系统模组数据中的一种或多种；
对所述目标模型数据中相应的属性参数进行设置；所述属性参数包括工艺参数、材料初始温度，换热系数、喷涂吹气时间、开合模时间、冷却开启关闭条件中的至少一种。
作为优选方案，所述根据所述模具温度场分布图谱计算当前轮次i与上一轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi，其表达式如下：
其中，Ti,j表示当前轮次i中温度采集点j采集的温度值，Ti-1,j表示上一轮次中温度采集点j采集的温度值，i＝1,2,...,n；N为温度采集点的总数量。
作为优选方案，所述误差阈值根据期望的相邻轮次模型相对温度场平均误差设置；其表达式为：
其中，ε为误差阈值，λ为期望的相邻轮次模型相对温度场平均误差。
作为优选方案，所述在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点，包括以下步骤：在所述铸造模拟仿真模型上等间距均匀设置特征温度采集点。
作为优选方案，所述在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点，包括以下步骤：对所述铸造模拟仿真模型进行有限差分网格划分；在经过划分的所述铸造模拟仿真模型上，在任一网格位置设置一特征温度采集点。
进一步地，本发明还提出一种模温平衡评估系统，应用本发明提出的模温平衡评估方法。其中，所述系统应用于铸造模拟仿真平台，所述铸造模拟仿真平台用于构建铸造模拟仿真模型，以及执行n轮预热循环模拟仿真；所述系统包括：
特征温度采集模块，用于在所述铸造模拟仿真模型上设置所述特征温度采集点，以及用于通过所述特征温度采集点获取每一轮次开模时刻各所述温度采集点所采集的温度值，输出当前轮次的所述模具温度场分布图谱；
分析模块，用于在每一轮次的预热循环模拟仿真后，根据所述模具温度场分布图谱计算当前轮次i与上一轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi；
评估模块，用于根据所述误差εi与预设的误差阈值进行模温平衡评估；其中，当误差εi小于预设的误差阈值时，判断为当前所述铸造模拟仿真模型达到模温平衡。
作为优选方案，所述特征温度采集模块在所述铸造模拟仿真模型上设置所述特征温度采集点时，通过对所述铸造模拟仿真模型进行有限差分网格划分，并在经过划分的所述铸造模拟仿真模型上，在任一网格位置设置一特征温度采集点；或，在所述铸造模拟仿真模型上等间距均匀设置特征温度采集点。
进一步地，本发明还提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行本发明提出的模温平衡评估方法的步骤。
进一步地，本发明还提出了一种存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时实现本发明提出的模温平衡评估方法的步骤。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明通过在铸造模拟仿真模型适应性设置特征温度采集点，通过每一轮次开模时刻各所述温度采集点所采集的温度值构建当前轮次的模具温度场分布图谱，以模型腔面温度分布场为基础对模温平衡进行量化；本发明还引入了相邻轮次模具温度场分布相对均方根误差与预设的误差阈值进行模温平衡评估，避免仅根据单一测温热电偶的温度曲线评估造成偏差，进一步避免影响铸造模拟仿真分析的准确度。
附图说明
图1为实施例1的模温平衡评估方法的流程框图。
图2为实施例1的示例流程图。
图3为实施例1的第1轮次开模温度场分布图谱。
图4为实施例1的开模温度记录示意图。
图5为实施例2的模温平衡评估系统的架构图。
具体实施方式
本申请的实施例和附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些公知说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提出一种模温平衡评估方法，如图1所示，为本实施例的模温平衡评估方法的流程图。
本实施例提出的模温平衡评估方法中，包括以下步骤：
S1、构建铸造模拟仿真模型，并在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点。
S2、执行n轮预热循环模拟仿真，获取每一轮次开模时刻各所述温度采集点所采集的温度值，用于构建当前轮次的模具温度场分布图谱；其中n为正整数。
本步骤中，在每一轮次的预热循环模拟仿真后，根据所述模具温度场分布图谱计算当前轮次i与上一轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi；当误差εi小于预设的误差阈值时，判断为当前所述铸造模拟仿真模型达到模温平衡。
需要说明的是，在铸造模拟仿真环境下，模温平衡是一个趋向于某个极限的概念。具体地，从第1轮预热循环模拟仿真开始，越往后，相邻的模具温度场就越相近，其相应的相对均方根误差无限趋近于0，因此可以近似地认为εi是关于i单调递减且趋紧于0的函数。
本实施例中只需要判断自哪一轮次中的相对均方根误差εi低于预设的误差阈值，即可认定当前已经达到了预期的模温平衡，由此能够有效缩短模温平衡评估时间，提升模温平衡评估效率。
本实施例通过在铸造模拟仿真模型设置特征温度采集点，通过每一轮次开模时刻各所述温度采集点所采集的温度值构建当前轮次的模具温度场分布图谱，以模型腔面温度分布场为基础对模温平衡进行量化。其中，模具温度场分布图谱由各个特征温度采集点相应的温度值组成，用于体现所述模拟仿真模型中相应位置的温度幅值。
本实施例还通过引入相邻轮次模具温度场分布相对均方根误差与预设的误差阈值进行模温平衡评估，避免仅根据单一测温热电偶的温度曲线评估造成偏差，进一步避免影响铸造模拟仿真分析的准确度。
在一可选实施例中，S1步骤中，所述构建铸造模拟仿真模型时，包括以下步骤：
S101、基于铸造模拟仿真平台，导入目标模型数据。
所述目标模型数据包括模具模组数据、铸件模组数据、浇注系统模组数据、排溢系统模组数据、冷却系统模组数据中的一种或多种。
S102、对所述目标模型数据中相应的属性参数进行设置。
所述属性参数包括工艺参数、材料初始温度，换热系数、喷涂吹气时间、开合模时间、冷却开启关闭条件中的至少一种。
作为示例性说明，本实施例所应用的铸造模拟仿真平台包括MAGMAsoft软件。其中，所述目标模型数据和所述属性参数根据实际生产条件进行设置。
在一可选实施例中，S1步骤中，在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点时，具体地包括在所述铸造模拟仿真模型上等间距均匀设置特征温度采集点。
在另一可选实施例中，S1步骤中，在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点时，具体地包括对所述铸造模拟仿真模型进行有限差分网格划分，并在经过划分的所述铸造模拟仿真模型上，在任一网格位置设置一特征温度采集点。
在具体实施过程中，可根据实际铸造模拟仿真模型情况选择不同方式进行特征温度采集点的设置方式，本实施例通过在与铸件接触的模具内腔型面选取多个特征温度采集点，有效避免了单个测温点选取不当造成的偏差。
在一可选实施例中，S2步骤中，所执行的预热循环模拟仿真轮次不少于10次。
在一可选实施例中，S2步骤中，所述根据所述模具温度场分布图谱计算当前轮次i与上一轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi，其表达式如下：
其中，Ti,j表示当前轮次i中温度采集点j采集的温度值，Ti-1,j表示上一轮次中温度采集点j采集的温度值，i＝1,2,...,n；N为温度采集点的总数量。
进一步地，在一可选实施例中，所述误差阈值根据期望的相邻轮次模型相对温度场平均误差设置。其表达式为：
其中，ε为误差阈值，λ为期望的相邻轮次模型相对温度场平均误差。
本实施例中，λ值的选取需要结合期望达到的预期模温平衡状态确定，其中λ值越低，理论上越接近于模温平衡需求，但存在不经济、不实用的问题；而λ值越高，能够在较少的预热循环仿真次数确定模温平衡，但可能导致仿真结果准确度下降。因此在具体实施过程中，λ值的选取可选地通过若干次铸造模拟仿真分析获得，或通过现有的铸造模拟仿真分析数据确定。
作为示例性说明，λ值取值为1～5。
作为示例性说明，将本实施例提出的所述模温平衡评估方法应用于某汽车用高压铸造铝合金发动机缸体铸件模拟仿真。如图2所示，为本示例的流程图。
首先，准备STL数据模型，具体应包括模具、铸件、浇注系统、排溢系统、冷却系统等，将STL数据模型导入到模拟仿真软件中，并设置相应材料属性，以及根据实际生产条件，设置工艺参数、材料初始温度，换热系数、喷涂吹气、开合模时间、冷却开启关闭条件等，构建得到初步的铸造模拟仿真模型。
进一步地，对该仿真模型进行有限差分网格划分，并在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点。本示例中设置有27个特征温度采集点并依次对其编号。
设置预热循环次数n为15，并开始执行铸造模拟仿真。通过预热循环模拟仿真计算得到每一轮次开模时刻的模具温度场分布图谱，共计15幅图谱。如图3所示，为第1轮次开模温度场分布图谱。
通过每个特征温度采集点，记录每轮次开模时刻相应的温度值Ti,j，其中i表示轮次，j表示特征温度采集点编号，并将采集的温度值数据以表格形式记录，得到如图4所示的开模温度记录示意图。其中，表头中的Cycle_i表示轮次，P_j表示特征温度采集点相应的温度值，ε表示相应轮次的相对均方根误差。
由图4可知，随着模型预热循环模拟仿真的进行，相应的相对均方根误差呈现下降趋势，最后的相对均方根误差无限趋近于0，显然相邻轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi可以认为是关于预热循环轮次单调递减且趋紧于0的函数。
进一步地，本示例中的期望的相邻轮次模型相对温度场平均误差λ取值为1，由此设置的误差阈值ε为0.1924。对照图4可知，当预热循环轮次i＝6时，其相应的相对均方根误差εi＝0.19≤0.1924，即在进行6轮次的预热循环模拟仿真后，已经达到模温平衡，可用于后续充型及凝固耦合仿真。
由此可见，本实施例与传统的设置测温热电偶方式相比，通过根据模型情况选取适应的特征温度采集点，避免了单个测温点选取不当造成的偏差，同时在每一轮次的预热循环模拟仿真后进行分析评估，能够缩短模温平衡评估时间，提升模温平衡分析效率，进一步提高铸造模拟仿真分析的效率及准确度。
实施例2
本实施例提出一种模温平衡评估系统，应用实施例1提出的模温平衡评估方法。如图5所示，为本实施例的模温平衡评估系统的架构图。
本实施例提出的模温平衡评估系统中，应用于铸造模拟仿真平台，所述铸造模拟仿真平台用于构建铸造模拟仿真模型，以及执行n轮预热循环模拟仿真。
所述模温平衡评估系统中，包括：
特征温度采集模块，用于在所述铸造模拟仿真模型上设置所述特征温度采集点，以及用于通过所述特征温度采集点获取每一轮次开模时刻各所述温度采集点所采集的温度值，输出当前轮次的所述模具温度场分布图谱。
分析模块，用于在每一轮次的预热循环模拟仿真后，根据所述模具温度场分布图谱计算当前轮次i与上一轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi。
评估模块，用于根据所述误差εi与预设的误差阈值进行模温平衡评估；其中，当误差εi小于预设的误差阈值时，判断为当前所述铸造模拟仿真模型达到模温平衡。
其中，本实施例中的特征温度采集模块通过在铸造模拟仿真模型设置特征温度采集点，通过每一轮次开模时刻各所述温度采集点所采集的温度值构建当前轮次的模具温度场分布图谱，以模型腔面温度分布场为基础对模温平衡进行量化。
本实施例中的评估模块通过引入相邻轮次模具温度场分布相对均方根误差与预设的误差阈值进行模温平衡评估，避免仅根据单一测温热电偶的温度曲线评估造成偏差，进一步避免影响铸造模拟仿真分析的准确度。
进一步地，在一可选实施例中，所述特征温度采集模块在所述铸造模拟仿真模型上设置所述特征温度采集点时，通过对所述铸造模拟仿真模型进行有限差分网格划分，并在经过划分的所述铸造模拟仿真模型上，在任一网格位置设置一特征温度采集点；或，在所述铸造模拟仿真模型上等间距均匀设置特征温度采集点。
本实施例可根据实际铸造模拟仿真模型情况选择不同方式进行特征温度采集点的设置方式，本实施例通过在模腔型面上选取众多特征点，避免了单个测温点选取不当造成的偏差。
进一步地，在一可选实施例中，所述评估模块中预设的误差阈值根据期望的相邻轮次模型相对温度场平均误差设置。
在具体实施过程中，期望的相邻轮次模型相对温度场平均误差由期望达到的预期模温平衡状态确定。具体地，所述平均误差可选地通过若干次铸造模拟仿真分析获得，或通过现有的铸造模拟仿真分析数据确定。
实施例3
本实施例提出一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如实施例1所述的模温平衡评估方法的步骤。
实施例4
本实施例提出一种存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如实施例1所述的模温平衡评估方法的步骤。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模温平衡评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建铸造模拟仿真模型，并在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点；
执行n轮预热循环模拟仿真，获取每一轮次开模时刻各所述温度采集点所采集的温度值，用于构建当前轮次的模具温度场分布图谱；其中n为正整数；
其中，在每一轮次的预热循环模拟仿真后，根据所述模具温度场分布图谱计算当前轮次i与上一轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi；当误差εi小于预设的误差阈值时，判断为当前所述铸造模拟仿真模型达到模温平衡。
2.根据权利要求1所述的模温平衡评估方法，其特征在于，所述构建铸造模拟仿真模型时，包括以下步骤：
基于铸造模拟仿真平台，导入目标模型数据；所述目标模型数据包括模具模组数据、铸件模组数据、浇注系统模组数据、排溢系统模组数据、冷却系统模组数据中的一种或多种；
对所述目标模型数据中相应的属性参数进行设置；所述属性参数包括工艺参数、材料初始温度，换热系数、喷涂吹气时间、开合模时间、冷却开启关闭条件中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的模温平衡评估方法，其特征在于，所述根据所述模具温度场分布图谱计算当前轮次i与上一轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi，其表达式如下：
其中，Ti,j表示当前轮次i中温度采集点j采集的温度值，Ti-1,j表示上一轮次中温度采集点j采集的温度值，i＝1,2,...,；N为温度采集点的总数量。
4.根据权利要求3所述的模温平衡评估方法，其特征在于，所述误差阈值根据期望的相邻轮次模型相对温度场平均误差设置；其表达式为：
其中，ε为误差阈值，λ为期望的相邻轮次模型相对温度场平均误差。
5.根据权利要求1～4任一项所述的模温平衡评估方法，其特征在于，所述在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点，包括以下步骤：
在所述铸造模拟仿真模型上等间距均匀设置特征温度采集点。
6.根据权利要求1～4任一项所述的模温平衡评估方法，其特征在于，所述在所述铸造模拟仿真模型上设置特征温度采集点，包括以下步骤：
对所述铸造模拟仿真模型进行有限差分网格划分；
在经过划分的所述铸造模拟仿真模型上，在任一网格位置设置一特征温度采集点。
7.一种模温平衡评估系统，应用权利要求1～6任一项所述的模温平衡评估方法，其特征在于，所述系统应用于铸造模拟仿真平台，所述铸造模拟仿真平台用于构建铸造模拟仿真模型，以及执行n轮预热循环模拟仿真；其中，所述系统包括：
特征温度采集模块，用于在所述铸造模拟仿真模型上设置所述特征温度采集点，以及用于通过所述特征温度采集点获取每一轮次开模时刻各所述温度采集点所采集的温度值，输出当前轮次的所述模具温度场分布图谱；
分析模块，用于在每一轮次的预热循环模拟仿真后，根据所述模具温度场分布图谱计算当前轮次i与上一轮次的模具温度场分布相对均方根误差εi；
评估模块，用于根据所述误差εi与预设的误差阈值进行模温平衡评估；其中，当误差εi小于预设的误差阈值时，判断为当前所述铸造模拟仿真模型达到模温平衡。
8.根据权利要求7所述的模温平衡评估系统，其特征在于，所述特征温度采集模块在所述铸造模拟仿真模型上设置所述特征温度采集点时，通过对所述铸造模拟仿真模型进行有限差分网格划分，并在经过划分的所述铸造模拟仿真模型上，在任一网格位置设置一特征温度采集点；或，在所述铸造模拟仿真模型上等间距均匀设置特征温度采集点。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，其特征在于，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1～6任一项所述的模温平衡评估方法的步骤。
10.一种存储介质，其上存储有计算机可读指令，其特征在于，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如权利要求1～6任一项所述的模温平衡评估方法的步骤。
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| CN117634324A (zh) * | 2024-01-26 | 2024-03-01 | 中信戴卡股份有限公司 | 一种基于卷积神经网络的铸造模具温度快速预测方法 |
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2023
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| CN117634324A (zh) * | 2024-01-26 | 2024-03-01 | 中信戴卡股份有限公司 | 一种基于卷积神经网络的铸造模具温度快速预测方法 |
| CN117634324B (zh) * | 2024-01-26 | 2024-04-09 | 中信戴卡股份有限公司 | 一种基于卷积神经网络的铸造模具温度快速预测方法 |
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