[發明專利]一種基于集成計算與數據驅動的鑄造冒口設計方法

在審

• 申請號: 202010858606.4
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112100819A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 汪東紅;譚詩薪;易出山;郝新;疏達;孫寶德;李飛;祝國梁;雷四雄;董安平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;中國航發南方工業有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08
• 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

本發明提供一種基于集成計算與數據驅動的鑄造冒口設計方法，包括：S1，實驗設計并按照設計進行模擬澆注；S2，搭建響應數據庫；S3，建立響應面近似模型；S4，優化響應面近似模型，得到優化設計參數。本發明中冒口尺寸基于數據驅動的仿真模擬計算智能優化得到，鑄件得到充分補縮時冒口體積最小，冒口內縮松離上端面的距離最小，出品率最高。本發明可明顯消除鑄件縮松缺陷，提高鑄件質量，提升工藝出品率；同時以數據為基礎，利用智能優化算法，建立近似模型，極大加速自動尋優過程，提高了計算精度和降低了計算成本，可用于鑄造新工藝開發，可用于泵殼、葉輪、閥體、高溫合金機匣等鑄造產品制造領域。

技術領域

本發明涉及航空制造技術領域，具體地，涉及一種用于高溫合金薄壁環形機匣鑄件數據驅動的鑄造冒口設計方法、電子設備以及介質。

背景技術

自上世紀中后期以來，我國的高溫合金熔模精密鑄造技術迅猛發展，后勁十足。航空發動機的葉片、壓氣機環、渦輪盤、軸、燃燒室、加力燃燒室部件、高溫合金緊固件等多種部件均采用高溫合金材料。高溫合金在航空產業之所以如此著名，是因為其長期在高溫條件下具有良好的抗氧化性、抗蠕變性和持久強度。航空發動機高溫合金熱端鑄件的研發和精密鑄造長期依賴于大量經驗積累和簡單循環試錯為特征的“經驗尋優”方式，孤島控制、科學性差、偶然性大，因而造成設計周期長和產品合格率低。國外經過多年的數據積累、集成計算材料工程、材料基因工程與先進制造計劃2040的研究，已取得領先優勢。為了縮短與國外先進水平的差距，我國迫切需要轉變傳統的研發模式，發展引領我國航空發動機構件鑄造水平實現跨越式進步的新原理。目前，基于數據驅動的智能鑄造研究與應用方面仍處于起步階段。走數據驅動的復雜鑄造系統尺寸誤差精密調控的智能鑄造技術與路線，是中國航空發動機高溫合金鑄件精密成型換道超車的必由之路。因此，針對航空發動機復雜薄壁鑄件，開展集成計算與數據驅動的智能化理論方法與技術的研究，對加快實現“兩機專項”和“中國制造2025”的戰略目標，提升自主創新、自主保障能力，趕超國際先進水平具有重大的戰略意義。

經過對現有技術檢索發現，中國專利文獻號CN107590315A，公布日期2018.1.16，公開了一種非對稱冒口設計方法，該方法現將設計好的澆注系統導入模擬軟件，模擬澆注過程，分析對稱冒口缺陷，然后添加非對稱冒口，通過多次改變在一個方向上的偏移量及非對稱冒口尺寸，多次模擬澆注過程，最終獲得尺寸較小的非對稱冒口。該技術結構復雜，需要反復模擬鑄造過程，設計周期長、成本高，智能優化算法尚未開發，“經驗+試錯法”明顯等不足之處。

發明內容

針對傳統冒口尺寸設計依據半經驗公式模數法與反復試驗的問題，本發明的目的是提供一種基于集成計算與數據驅動的鑄造冒口設計方法、電子設備及介質。

本發明第一方面，提供一種基于數據驅動的高溫合金鑄造冒口設計方法，包括：

S1：實驗設計并按照設計進行模擬澆注

以鑄造過程中的澆注參數作為輸入參數，以冒口內縮松到上端面的距離和鑄件工藝出品率作為輸出，設計多組鑄造數值模擬Box-Behnken實驗方案；所述澆注參數包括冒口高度、冒口直徑、合金澆注溫度和型殼溫度；

搭建集成計算平臺，將設計好的澆注系統三維模型導入所述集成計算平臺，在所述集成計算平臺中設置好網格劃分、材料屬性和澆注參數，再按照所述鑄造數值模擬Box-Behnken實驗方案自動進行模擬澆注，自動計算冒口內縮松到鑄件上端面的距離和工藝出品率作為模擬結果；

S2：搭建響應數據庫

根據S1的模擬結果，搭建實驗輸入與輸出之間的響應數據庫；

S3：建立響應面近似模型

在所述集成計算平臺中，以S1中的所述輸入參數作為影響因素，以鑄件中的冒口內縮松到鑄件上端面距離和鑄件工藝出品率為考核指標，建立考核指標與影響因素之間的響應面近似模型，考察影響因素與考核指標之間的權重關系，分析工藝參數與考核目標的貢獻度；