[發明專利]一種基于動態壓強的重力鑄造縮孔缺陷檢測方法

有效

• 申請號: 201710199648.X
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107014973B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 周建新;殷亞軍;凌云;沈旭;計效園
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N33/2045
• 分類號: G01N33/2045
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明屬于重力鑄造凝固過程中的縮孔預測相關技術領域，其公開了一種基于動態壓強的重力鑄造縮孔缺陷預測方法，其包括以下步驟：(1)將澆注系統進行初始化；(2)推導出臨界壓強值以作為孤立液相區搜索的邊界判據，進而搜索出某時刻的孤立液相區的分布；若存在孤立液相區，則轉向步驟三；否則結束；(3)先后判斷孤立液相區是否分裂及湮滅，如果分裂，則轉向步驟四，如果未分裂，則進而判斷孤立液相區是否湮滅，如果沒有湮滅，轉向步驟四，否則轉向步驟五；(4)搜索每個孤立液相區該時刻的縮孔的分布后，計算及均分疊加各孤立液相區的收縮增量到搜索得到的網格上；(5)更新所有區域的液相率后進行循環，直到所有的孤立液相區均消失。

技術領域

本發明屬于重力鑄造凝固過程中的縮孔預測相關技術領域，更具體地，涉及一種基于動態壓強的重力鑄造縮孔缺陷預測方法。

背景技術

合金密度隨著溫度變化導致凝固過程中合金體積略有減小，金屬液的補縮造成部分區域缺少外部金屬液補充而產生縮孔或者縮松缺陷。對于鑄件來說，設計合適的澆注系統及冒口，減少或者完全避免鑄件本體上的縮孔縮松缺陷至關重要。凝固過程開始之前，液體補縮通道較為暢通；當凝固過程開始以后，在金屬液體中逐漸形成固體形核顆粒，固體形核顆粒使得粘度逐步增加，導致在半固態金屬液中的補縮的流速逐步降低，最終產生集中縮孔，而研究鑄件中收縮缺陷的形成機理通常采用實驗與理論相結合的方法。然而，重力鑄造凝固過程中縮孔的形成和生長受很多因素影響，除了合金固有的特性及參數以外，外界因素的影響也至關重要，其中重力場和大氣壓強的影響不不容忽視。

目前，本領域相關技術人員已經做了一些研究，如為了簡化模型，大多數算法均以簡單的臨界固相率，作為判斷多個孤立液相區的方法，而對于縮孔在每一步的分布狀態，則直接假設縮孔會分布在形式上的最上端，導致孤立液相區的搜索判據及孤立液相區內縮孔分布規律不完善，影響了預測精度。相應地，本領域存在著發展一種精度較高的重力鑄造縮孔缺陷預測方法的技術需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于動力壓強的重力鑄造縮孔缺陷預測方法，其基于重力鑄造縮孔的特點，針對重力鑄造縮孔預測方法進行了設計。所述重力鑄造縮孔缺陷預測方法可在有限的時間內，依據澆注系統的三維模型、相應的材料物性參數及鑄造工藝參數，較為準確地模擬出此鑄造工藝下縮孔的位置、大小及形貌，對實際生產具有很好的參考價值。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于動態壓強的重力鑄造縮孔缺陷預測方法，其包括以下步驟：

(1)構建澆注系統的三維模型，在凝固開始階段，將所述澆注系統進行初始化，此時，整個金屬液區域為一個(父)孤立液相區；

(2)通過達西定律的運動方程推導出克服各孤立液相區之間的補縮阻力所需的臨界壓強值，將所述臨界壓強值作為孤立液相區搜索的邊界判據，依據所述邊界判據搜索出某時刻的孤立液相區的分布；若此時刻有孤立液相區存在，則轉向步驟三；否則結束；

(3)先后判斷孤立液相區是否分裂及湮滅，如果分裂，則轉向步驟四，如果孤立液相區未分裂，則進而判斷孤立液相區是否湮滅，如果沒有湮滅，轉向步驟四，否則轉向步驟五；

(4)標記各個孤立液相區，基于所述邊界判據搜索每個孤立液相區該時刻的縮孔的分布后，計算各孤立液相區的收縮增量，同時搜索各個孤立液相區內壓強最小的所有網格，以將各個孤立液相區的收縮增量均分并疊加到搜索得到的所有網格上；

(5)根據平衡方程“固相率+液相率+縮孔分數＝100％”計算液相率，同時更新所有區域的液相率后，增加時間步長至下一時刻并轉到步驟二進行循環，直到所有的孤立液相區均消失，以得到最終的縮孔分布。

進一步地，所述臨界判據是孤立液相區連通與否的判斷條件。