[發明專利]基于集成計算與容差設計的合金鑄件尺寸精確調控方法

有效

• 申請號: 202110146841.3
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112836297B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 汪東紅;余江平;易出山;譚詩薪;郝新;祝國梁;李飛;疏達;孫寶德
• 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: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F111/06;G06F111/10;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

本發明公開了一種基于集成計算與容差設計的合金鑄件尺寸精確調控方法，包括：S1，設計多組鑄造數值模擬BBD方案；S2，對數值模擬進行網格劃分，依次對S1設計的每組鑄造數值模擬BBD方案進行數值模擬，以平均直徑變化量y₁，圓度y₂為參考指標，鑄件公差等級CT4為標準記錄考核數據；S3，以合金澆注溫度、型殼溫度和縮放因子作為變量因素，鑄件平均直徑變化量、圓度為評價指標，建立評價指標與變量因素之間的響應面近似模型；S4，計算出較優的因素水平組合值，優化出最佳的因素水平組合值。本發明可以明顯減小鑄件變形，尤其是針對圓度、平均直徑的目標優化，提升鑄件質量，滿足公差等級CT4，可用于鑄造新工藝開發。

技術領域

本發明涉及航空制造技術領域，具體地，涉及一種基于集成計算與容差設計的高溫合金鑄件尺寸精確調控方法。

背景技術

我國的航空熔模精密鑄造技術，特別是在高溫合金、鈦合金及鋁合金等材料的應用上取得了長足的進步。不僅縮短了航空產品的周期、減輕了產品的重量、降低了成本，而且對加速我國航空產品更新換代和提高新機性能均有重要作用，已成為航空制造技術的重要支柱產業之一。高溫合金熔模精鑄技術的發展不僅促進了航空發動機性能與設計技術的發展，同時也帶動了其他合金如鈦合金、鋁、鎂合金等熔模精鑄技術水平的提高。

近幾十年來，航空燃氣渦輪發動機的性能及設計結構在不斷改進、不斷提高。隨之而來，發動機上機匣類零件的材料、結構也發生了很大變化，越來越多的難加工材料和復合材料被采用，機匣件的制造難度越來越大，這就要求制造機匣零件的工藝方法也需要不斷改進。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。因此，高溫合金零件的加工工藝的改進是制造業的一個重要課題。特別是對壁厚在2mm以下型面較為復雜的機匣的加工，其變形量的控制更是機匣制造技術提升的關鍵。從目前機匣零件的生產加工來看，薄壁環形機匣零件在加工過程中的變形和試車、試飛后的變形都將影響機匣的質量及裝配互換性的要求，而現在多型號的零件均已轉入批量生產狀態，所以，解決薄壁環形機匣零件的變形問題已迫在眉睫。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種基于集成計算與容差設計的合金鑄件尺寸精確調控方法。

本發明的第一方面，提供一種基于集成計算與容差設計的合金鑄件尺寸精確調控方法，包括：

S1，以合金澆注溫度x₁，型殼溫度x₂和縮放因子x₃為影響因素，設計多組鑄造數值模擬BBD方案；

S2，對數值模擬進行網格劃分，包括2D網格和3D網格劃分，并檢查網格質量，隨后，輸入材料參數與初始條件，設置合金材料類型型殼材料類型、界面換熱系數以及工藝條件；針對鑄造產品對象，依次對S1設計的每組鑄造數值模擬BBD方案進行數值模擬，每組數值模擬結束后，提取結果并可視化后作數據存儲，計算鑄件尺寸誤差，以平均直徑變化量y₁，圓度y₂為參考指標，鑄件公差等級CT4為標準記錄考核數據；所述考核數據包括合金澆注溫度x₁，型殼溫度x₂和縮放因子x₃；

S3，以S2的前處理參數中合金澆注溫度x₁，型殼溫度x₂和縮放因子x₃作為變量因素，鑄件平均直徑變化量y₁，圓度y₂為評價指標，建立評價指標與變量因素之間的響應面近似模型；

S4，基于S4得到的響應面近似模型，采用NSGA-II多目標優化方法計算出較優的因素水平組合值，通過對照Pareto解，得出期望組合，從而優化出最佳的因素水平組合值，即合金澆注溫度x₁，型殼溫度x₂和縮放因子x₃的最佳組合值。