[發(fā)明專利]高壓模鑄部件性能分析中結(jié)合表皮與核心材料屬性的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510799205.5
• 申請(qǐng)日: 2015-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN105608250B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: Q.王;B.李;C-C.常;W.楊;M.J.麥克里迪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張小文;董均華

本發(fā)明公開了高壓模鑄部件性能分析中結(jié)合表皮與核心材料屬性的方法。用于確定高壓模鑄部件中的屬性的方法、裝置和制造品。在接收到對(duì)應(yīng)于所述部件內(nèi)的興趣位置的幾何信息之后，使用光線與三角形求交關(guān)系計(jì)算興趣位置的壁厚度；通過配合基于八叉樹的關(guān)系使用，可以簡(jiǎn)化這個(gè)關(guān)系。執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算以基于計(jì)算出的壁厚度來確定表皮厚度，并且表皮厚度計(jì)算基于對(duì)數(shù)關(guān)系、多項(xiàng)式關(guān)系和冪律關(guān)系中的至少一個(gè)。可以考慮到部件形狀或尺寸的變化以調(diào)整剩余表皮層厚度，諸如當(dāng)鑄造部件經(jīng)受隨后的機(jī)械加工或相關(guān)鑄造后操作時(shí)。通過這一點(diǎn)，映射屬性以基于節(jié)點(diǎn)是在部件的表皮區(qū)域還是核心區(qū)域中來允許逐個(gè)節(jié)點(diǎn)的機(jī)械屬性變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及高壓模鑄(HPDC)鋁合金部件中的屬性的定量，尤其涉及一種通過考慮表皮屬性和核心屬性來確定這樣的鑄造部件中的材料屬性的方式。

背景技術(shù)

HPDC(也稱為模鑄)廣泛地用于生產(chǎn)一般的輕型鋁合金部件，尤其是汽車部件，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)組和變速箱，以及活塞或懸掛零件。大規(guī)模生產(chǎn)的成本低、尺寸公差小(近凈形)和光滑的表面拋光，都是讓HPDC如此有吸引力的積極性質(zhì)。不同于HPDC中一般不使用的合金(諸如319或356)，諸如380、383、390等等某些鋁合金尤其適合于HPDC，原因在于其成本、強(qiáng)度、流動(dòng)性和總體上良好的抗蝕品質(zhì)。

模鑄部件總體上形成一個(gè)外部表皮區(qū)域或?qū)樱浒鼑鴥?nèi)部核心區(qū)域或?qū)印？偟膩碚f，與表皮相關(guān)聯(lián)的材料屬性往往比核心中的材料屬性更優(yōu)越，其中，表皮區(qū)域有大量相對(duì)沒有缺陷的密集的微型結(jié)構(gòu)，而核心區(qū)域有更高集中度的空隙、孔隙和相關(guān)缺陷。通常使用的優(yōu)值系數(shù)測(cè)試顯示，鑄造鋁合金部件的表皮區(qū)域可能展現(xiàn)出比核心區(qū)域高出15%的拉伸強(qiáng)度和高出不止80%的延展性。在典型的鑄造部件中，表皮的厚度可以在大約100微米與幾毫米之間，這取決于部件的尺寸和幾何形狀。

實(shí)踐中，難以與核心的屬性分開地表征表皮的屬性。這樣又會(huì)不利地影響部件設(shè)計(jì)者為了高效且可靠的操作而優(yōu)化設(shè)計(jì)的能力，其中若使用HPDC部件分析工具(諸如有限元技術(shù))，往往會(huì)回避機(jī)械屬性的位置特定的性質(zhì)，而偏重于假設(shè)整個(gè)鑄造部件上存在均勻的微型結(jié)構(gòu)和屬性。

共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)14/253,119中論述了針對(duì)給定部件更精確地確定表皮層厚度的一種方法，該申請(qǐng)于2014年4月5提交，且由本申請(qǐng)的受讓人所有，其全文通過引用結(jié)合在此。該申請(qǐng)中論述的方法使用金相檢查技術(shù)，該技術(shù)利用了總體共晶相的體積分?jǐn)?shù)的變化，并且更尤其是，其中冷卻和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)用作幫助確定這個(gè)變化發(fā)生的位置的方式。至于所有的金相檢查技術(shù)，都依賴于感測(cè)圖像(諸如用顯微鏡或其它放大裝置制作的圖像，其中接受感測(cè)的部件的表面已經(jīng)制備成更好地突出可以幫助描繪可能存在不同的材料屬性(諸如上述核心區(qū)域與表皮區(qū)域之間的材料屬性)的位置的微型結(jié)構(gòu)特征。雖然這種方法在確定表皮層厚度方面提供了明顯的改進(jìn)，但是仍然需要一種更加自動(dòng)化的方式使給定部件的表皮層厚度與局部壁厚度相關(guān)，以便自動(dòng)確定HPDC部件中的表皮層厚度，從而使得不需要金相檢查或相關(guān)的另外的數(shù)據(jù)收集技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開了一種在HPDC金屬鑄造的性能分析中使用表皮材料屬性和核心材料屬性兩者的方法。具體來說，本發(fā)明的方法允許精確地確定HPDC鋁部件的部件耐用性屬性(諸如疲勞、強(qiáng)度和相關(guān)機(jī)械標(biāo)志)，方法是通過考慮到鑄造部件的表皮和核心區(qū)域的不同的材料屬性。本發(fā)明的一部分利用了如下事實(shí)：設(shè)計(jì)者和/或CAE分析工程師已經(jīng)創(chuàng)建了工程模型(例如，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、有限元或相關(guān)文件)；因此，可以通過經(jīng)過特別配置以加快本文中提議的分析的數(shù)據(jù)處理器來使用正在建模的部件的精確的幾何學(xué)表示。因此，本發(fā)明準(zhǔn)許將表皮材料屬性和核心材料屬性兩者結(jié)合到一個(gè)分析模型中，該分析模型能幫助設(shè)計(jì)者以高精確度預(yù)測(cè)機(jī)械屬性信息、部件性能和耐用性，而且不需要依來金相檢查技術(shù)或其它基于測(cè)量的技術(shù)。這樣使得HPDC鋁部件(諸如發(fā)動(dòng)機(jī)組和變速箱)的設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)時(shí)間更快，而且降低了將部件集成到整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的整體成本。