[發明專利]鑄件凝固模擬用參數采集方法及澆冒系統網格化設計方法

有效

• 申請號: 202010595300.4
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111872324B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 康茂東;王俊;李建中;王國祥;高海燕;孫寶德
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;江蘇中超航宇精鑄科技有限公司
• 主分類號: B22C9/08
• 分類號: B22C9/08
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;趙楠

1.一種大型復雜薄壁高溫合金鑄件澆冒系統網格化設計方法，其特征在于，

獲得熱力學參數、界面換熱系數以及線膨脹系數的結果，包括：計算高溫合金的結晶溫度間隔和動態粘度隨溫度變化曲線，得到所述高溫合金的熱力學參數；獲取高溫合金在不同厚度條件下的冷卻曲線，換算得到鑄件和模殼間不同溫度下界面換熱系數；測定所述高溫合金隨溫度變化的線膨脹系數；

采用上述結果模擬不同粗細管狀特征件的凝固過程，確定不同粗細特征件的補縮距離；

所述方法包括：

建立網格化的澆冒系統：將鑄件按照重心最低的擺放方式進行放置，所述鑄件為大型復雜薄壁高溫合金鑄件；將所述鑄件按照厚度劃分為多個模塊，對每個模塊的內部進行單元格劃分，并確保所述單元格尺寸小于該厚度補縮距離；在每個模塊上布置多個圓錐型澆冒口，獲取所有圓錐型澆冒口中頂部直徑的最大值Φmax，在基于以形補形的原則下，選用直徑為最大值Φmax的圓柱，以四邊形為基本單元，通過所述圓柱將所有模塊的所述圓錐型澆冒口的頂部連接，形成網格化的澆冒系統；

考慮到所述網格化的澆冒系統的網格間的交互作用，對所述鑄件及所述網格化的澆冒系統進行充型與凝固模擬，獲得所述鑄件的缺陷模擬結果。

2.根據權利要求1所述的大型復雜薄壁高溫合金鑄件澆冒系統網格化設計方法，其特征在于，所述獲取高溫合金在不同厚度條件下的冷卻曲線，包括：

將所述鑄件根據壁厚區間設計為多個不同厚度并呈階梯型分布的臺階結構，在模殼內澆筑形成不同厚度的臺階鑄件；

在不同厚度的所述臺階鑄件內部、臺階鑄件與模殼交界面以及模殼表面布設熱電偶，采集不同厚度的所述臺階鑄件內部、臺階鑄件與模殼交界面以及模殼表面的冷卻曲線。

3.根據權利要求2所述的大型復雜薄壁高溫合金鑄件澆冒系統網格化設計方法，其特征在于，所述臺階的數量最少為2個。

4.根據權利要求1所述的大型復雜薄壁高溫合金鑄件澆冒系統網格化設計方法，其特征在于，所述圓錐型澆冒口的底部直徑等于該模塊對應的厚度，所述圓錐型澆冒口的頂部直徑為底部1.2-1.5倍，所述圓錐型澆冒口的高度等于底部直徑。

5.根據權利要求4所述的大型復雜薄壁高溫合金鑄件澆冒系統網格化設計方法，其特征在于，所述通過所述圓柱將所有所述圓錐型澆冒口的頂部連接，形成網格化的澆冒系統，包括以下連接方式：

將所有模塊中位于拐角處圓錐型澆冒口與最近鄰的兩個圓錐型澆冒口通過所述圓柱連接；

將所有模塊中位于側棱處所述圓錐型澆冒口與最近鄰三個所述圓錐型澆冒口通過所述圓柱連接，將所有模塊中位于中間部位所述圓錐型澆冒口與最近鄰的四個所述圓錐型澆冒口通過所述圓柱連接；

之后，如果該部位還存在缺陷，再將上述位于拐角處圓錐型澆冒口與次近鄰的圓錐型澆冒口通過所述圓柱連接。

6.根據權利要求1所述的大型復雜薄壁高溫合金鑄件澆冒系統網格化設計方法，其特征在于，所述對所述鑄件及所述網格化的澆冒系統進行充型與凝固模擬之后，還包括：

對獲得所述缺陷模擬結果進行分析，調整所述網格化的澆冒系統的所有圓錐型澆冒口頂部尺寸、圓柱尺寸以及連接方式，優化所述網格化的澆冒系統的補縮和約束作用，反復進行模擬，直到模擬缺陷小于設計需求。

7.根據權利要求1所述的大型復雜薄壁高溫合金鑄件澆冒系統網格化設計方法，其特征在于，在建立網格化的澆冒系統之后，以及對所述鑄件及所述網格化的澆冒系統進行充型與凝固模擬之前，還包括：

采用有限元軟件分析獲取所述鑄件與充型系統整體結構的重心，在重心處安放主澆道入口，主澆道采用圓柱形結構，所述主澆道與所述網格化澆冒系統的所述圓柱連接，所述主澆道將金屬液從熔煉坩堝引流到所述網格化澆冒系統。

8.根據權利要求1-7任一項所述的大型復雜薄壁高溫合金鑄件澆冒系統網格化設計方法，其特征在于，所述考慮到網格化的澆冒系統的網格間的交互作用，對所述鑄件及所述網格化的澆冒系統進行充型與凝固模擬包括：借助ProCAST有限元軟件，對鑄件及網格化的澆冒系統進行充型與凝固模擬。