[發明專利]錠坯噴射成形工藝參數優化方法

有效

• 申請號: 202110341349.1
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113059184B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 冷晟;吳紀元;馬萬太;陳劍州;付有為;周壯壯
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

本發明涉及一種錠坯噴射成形工藝參數優化方法，采集噴射成形生產過程的工藝參數并測量錠坯在不同高度下的直徑值，通過相關性分析篩選出與錠坯沉積表面直徑相關程度較高的工藝參數，建立錠坯沉積表面直徑預測模型；計算每一秒噴射成形工藝參數變化量和沉積表面直徑變化量，以此建立沉積基底升降速度優化模型；在錠坯噴射成形過程中，將實時采集到的不同時刻、不同狀態下的工藝參數輸入所建立的模型中，執行運算程序就可以實現噴射成形工藝參數優化。本發明通過實際采集得到噴射成形工藝數據建立得到的優化模型，更加貼近生產實際，提高噴射成形工藝參數優化的科學性，減少人為因素，便于實現自動化控制。

技術領域

本發明涉及噴射成形工藝參數優化技術領域，特別涉及傾斜式多噴嘴掃描噴射成形鋁合金錠坯工藝中具有復雜關聯關系的沉積基底升降速度工藝參數的優化方法。

背景技術

Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金(7000系鋁合金)具有高硬度、高強度、斷裂韌性、良好的耐腐蝕性能等優點，廣泛運用于飛機機翼、機身等高強度結構零件，逐漸成為航空航天領域關鍵基礎材料。

現有的制備鋁合金的方法有：鑄錠冶金、粉末冶金和噴射成形等技術，鑄錠冶金法所形成的坯件為鑄態組織，存在材料內部疏松，晶粒粗大等問題。粉末冶金法需要經過制備合金粉末、加壓壓實、燒結等諸多工序才能成行，且在整個制備過程中容易發生合金材料的氧化。

噴射成形屬于新一代合金快速凝固技術，介于鑄錠冶金和粉末冶金之間。凝固技術的主要發展方向是提高熔體的凝固速率，其主要通過細化熔體凝固單元以提高散熱速率。凝固技術經歷了模鑄階段，發展到半連續鑄造技術，其凝固單元從厘米級到毫米級，而作為新一代凝固技術，噴射成形技術的凝固單元能夠達到微米級。

噴射成形的基本過程為金屬熔體受高壓惰性氣體(常用氮氣或氬氣)沖擊破碎霧化成細小的金屬液滴，在惰性氣體的帶動下形成熔滴霧化錐，液滴經過飛行冷卻在半固態狀態時沉積到沉積基底上，熔合形成致密坯件。

噴射成形工藝的獨特性在于其快速凝固的過程，主要分為霧化和沉積兩個階段，它把金屬熔體的霧化(快速凝固)和霧化熔滴的沉積(熔滴動態致密固化)結合起來，直接從液態金屬制備坯件。噴射沉積實際上可看作半固態沉積層的疊加而形成。

噴射成形工藝發展的一個重要方向是坯件的大規格化，傾斜式多噴嘴掃描噴射成形工藝是實現坯件大規格化的主要方法之一，該工藝涉及到的工藝參數眾多，工藝參數的波動對金屬霧化過程、物質沉積分布狀態及半固態凝固及沉積狀態有很大影響。

在現有的噴射成形工藝參數優化方法中，往往通過噴射沉積理論工藝來優化計算出初始設置的工藝參數，或多數是針對尺寸較小的錠坯噴射成形過程進行分析優化。但針對大尺寸規格的錠坯由于噴射沉積所需時間較長，影響錠坯沉積生長的工藝因素多，現有的優化方法難以適用于工程實施中對于大規格錠坯噴射成形過程尺寸穩定性的控制要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種錠坯噴射成形工藝參數優化方法，通過實際工業化生產線上采集得到的工藝參數，進行數據分析與挖掘，得到工藝參數優化模型，用于解決坯件噴射成形過程中沉積基底升降速度沒有參考數值的問題，為大規格鋁合金坯件噴射成形半固態沉積提供工藝保證。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種錠坯噴射成形工藝參數優化方法，獲取噴射成形生產線上的工藝參數，所述的工藝參數包括可控參數和過程參數；按照兩階段，依據采集得到的工藝參數數據，優化噴射成形工藝參數：第一階段，根據生產線上采集得到的工藝數據，探尋工藝參數與錠坯沉積表面直徑之間的關系，建立直徑預測模型和參數優化模型；第二階段，在加工過程中，實時采集噴射成形工藝參數，運用第一階段建立的優化模型，優化噴射成形工藝參數。

所述的可控參數包括沉積基底旋轉速度、沉積基底升降速度、漏包液位高度、漏包傾倒裝置轉速和沉積室排風速度。