[發明專利]一種鑄件澆注充型流動的測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201110116704.1
• 申請日: 2011-05-06
• 公開（公告）號: CN102768023A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 聶剛;康進武;郝小坤;原可義;龍海敏
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01P5/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于鑄造充型技術領域，具體涉及一種鑄件澆注充型流動的測量系統及測量方法。

背景技術

鑄造是將高溫液態金屬澆注到封閉的型腔中，金屬凝固后得到所需零件的復雜熱成形過程。掌握金屬液在澆注系統和鑄型中的流動狀態，可以優化澆注系統設計，減輕液態金屬的氧化和吸氣，減輕液態金屬對鑄型的侵蝕和沖擊，避免冷隔和澆不足等缺陷，有助于實現順序凝固等。對金屬液的充型過程的研究是優化鑄造工藝和提高鑄件質量的重要前提之一，具有重要的工程應用價值。但是由于鑄型的存在，液態金屬的充型過程難以直接觀察。同時由于液態金屬處于高溫狀態，液態金屬的流動測試也十分困難。一般多采用凝固模擬技術或水模擬來進行研究和觀察，但是這些方法難以直接反應實際液態金屬的充型。

因此，對鑄件澆注充型過程進行測量是非常有意義的。有人采用將銅導線預先置于金屬型腔中，通過數據采集卡采集導線的導通信號，當液態金屬充填到測量點時，采集卡對應的通道產生信號，從而得到各點的充型時間。該方法測量點數量取決于計算機采集卡的通道數量，同時需要復雜的軟硬件系統，尤其高速、抗干擾的采集卡成本高。

發明內容

本發明提供了一種鑄件澆注充型流動的測量系統及測量方法，其目的是實現鑄件液態金屬澆注充型時，金屬液充型的形狀和流動速度的測量。

本發明的基本原理是，基于LED有極快的響應速度，用LED屏幕上各LED燈的點亮來反映鑄造澆注時液態金屬在各位置的充填，并用高速攝像機記錄LED的狀態，再進行圖像分析得到各位置的充型時間。

本發明提供的鑄件澆注充型流動的測量系統，其組成為：在鑄型型腔上設置若干個測量點，所述每個測量點均通過引線串聯一個LED指示燈，將各測量點對應的LED指示燈按在鑄件中的位置布置構成LED屏，從澆道上引出公共端；在公共端與各LED指示燈之間連接公用電源，或者LED指示燈都采用有源LED指示燈；在LED屏處放置高速攝像機。

所述高速攝像機的攝像頻率設置為預計充填時間的1/100～1/1000。

從所述澆道上引出公共端，并在公共端與各LED指示燈之間連接公用電源；或者所述LED指示燈采用有源LED指示燈。

本發明提供的一種鑄件澆注充型流動的測量方法，包括以下步驟：

(a)設置測量點，并安裝LED指示燈，LED指示燈指示鑄件澆注過程液態金屬充填位置；

(b)澆注，并采用高速攝像拍攝LED指示燈屏各LED的點亮過程；

(c)通過圖像分析各LED指示燈點亮時刻，得到對應位置的充型時間和各時刻的鑄件整體的充型形貌。

所述步驟(c)中，各LED指示燈點亮時刻的計算公式為：

ti=t0+if·ns(tend-t0);]]>

式中，t_i為當前時間，t₀和t_end分別為初始和結束時間，f為攝像頻率，單位為幀數/s，n_s為整個攝像時間，單位為s，i為當前幀總編號。

本發明的有益效果為：

采用LED(發光二極管)屏指示液態金屬各充型位置的導通信號，用高速攝影紀錄LED屏各指示燈的點亮，從而測量液態金屬的流場。該方法響應快、精度高、結果直觀，而且操作簡單、成本低，幾乎不受采集點的數目的限制，在鑄造流場的測量中有著獨特的優勢。

附圖說明

圖1為本發明中測量系統(LED指示燈采用公共電源)的示意圖。

圖2為本發明中測量方法(LED指示燈采用獨立電源)的示意圖。

圖3實施案例直立澆注平板鑄件的LED指示燈點亮過程；

圖4實施案例直立澆注平板鑄件的充填過程

圖中：1是測量點，2是充型時間等值線