[發明專利]用于對鑄造金屬物體中的孔隙分布進行預測的方法

在審

• 申請號: 202111175549.0
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN114329804A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 維塔利·古列維奇;維爾弗里德·舍費爾
• 申請（專利權）人: 馬格馬鑄造工藝有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/28;G06T17/20;G06F111/10;G06F119/14;G06F119/08;G06F113/08
• 代理公司: 成都超凡明遠知識產權代理有限公司 51258
• 代理人: 王暉

一種用于通過如下的方式來預測在鑄造金屬物體(1)的過程中由于凝固而引起的孔隙缺陷的計算機實現的方法：對于基于金屬物體(1)的3D計算機模型(2)定義的求解域(4)對部分液體分布場進行計算，并且通過在部分液體分布場中找到最小值來定義由界面區域(9)分開的互連的進料單元(8)的二階圖形狀子網格。通過對進料單元(8)和與其相鄰的進料單元(8)之間的金屬流入和金屬流出的總體積進行計算并且對進料單元(8)中的金屬收縮進行計算來確定進料單元(8)中的每個的孔隙體積的變化；以及一種程序產品。

技術領域

本公開涉及牽涉在模具的型腔中對金屬物體進行鑄造的過程。具體地，本公開涉及通過經由模擬來預測由于待鑄造的物體中的收縮而引起的孔隙缺陷并且通過提供改變過程條件以提高鑄造物體質量的手段來改進這種金屬鑄造過程。

背景技術

鑄造是將液體材料澆注到模具中的制造過程，該模具中包含所需形狀的中空型腔。依賴于與液體材料的環境(例如模具、空氣)的局部熱交換，液體材料根據材料特定的相變物理特性而冷卻和凝固。凝固的部分也稱為鑄件，將該鑄件從模具中頂出或擺脫以完成該過程。鑄造最常用于生產復雜的形狀，而這些復雜的形狀很難生產或不經濟地通過其他方法生產。如果鑄造材料是金屬，則將這種金屬材料加熱到高于所謂的液相線溫度的澆注溫度，然后澆注到模具中，該模具還可以包括能夠控制鑄件的填充和凝固的流道和冒口。然后金屬在模具中冷卻，金屬凝固，并且凝固的部分(鑄件)在過程和材料特定的金屬溫度或過程時間從模具中取出。隨后的操作將鑄造過程所需的多余材料(諸如流道和冒口)去除。

在金屬鑄造中，缺陷和其他不期望的結果通常被稱為不規則性。金屬鑄件中出現的一些不規則性是可以容忍的，而其他不規則性則需要被防止或至少最小化。一種這樣的不規則性是由于鑄件中的金屬收縮而引起的孔隙，該孔隙可以基于局部孔隙體積而被識別為宏觀孔隙或微觀孔隙。當金屬在相變期間收縮時會產生孔隙，而這種收縮無法通過從鑄件的其他區域向收縮區域供給靜止的液體金屬來補償。

金屬鑄造過程的模擬可以使用包括數值方法的多種技術，以考慮填模、凝固和進一步冷卻來計算鑄造部件質量，并可以在整個鑄造期間的每個時間點處提供鑄件機械性能的定量預測和諸如熱處理之類的的附加的處理步驟。因此，此類模擬可以在生產開始之前預先描述鑄件的質量。然后可以根據所需的部件質量和特性設計鑄造索具。由于整個鑄造系統的精確布局還可以節省能源、材料和工具，因此這樣做的好處不僅僅是減少生產前的取樣。該模擬可以支持部件設計中的產品設計師或鑄造廠確定熔化實踐和鑄造方法包括模型和模具制造、熱處理以及精加工。這可以沿著整個鑄造制造路線節省成本、資源和時間。

一些市售的模擬軟件解決方案提供了用于預測諸如金屬鑄造過程期間的孔隙形成之類的不規則性的手段。然而，這些已知的模擬軟件解決方案還不能以所需的精度有效地計算和準確預測具有復雜幾何形狀的鑄造金屬物體中孔隙缺陷的量和位置。

在宏觀尺度上進行計算可以實現相當短的計算時間，但提供的關于個別預測缺陷的詳細信息較少。具體地，諸如微觀液體流動之類的效應，尤其是流過局部位置處復雜生長的凝固微觀結構的流動的效應在凝固期間沒有被詳細考慮，但可能會對結果產生重大影響。在凝固期間，即，從液體到固體的相變，固相在熔體中生長，通常從滿足物理條件的幾個位置開始。在局部凝固期間，生長的固體本體對熔體流動具有一定的滲透性，該滲透性取決于局部條件和凝固的部分的程度。除了宏觀尺度上的熔體流動，例如由于對流，這種“微觀”熔體流動可能會顯著影響孔隙缺陷的量和位置。除了考慮相關影響的兩個適當物理模型的可用性以及建模所需的經過驗證的數據之外，準確計算這些類型的影響還需要對鑄造金屬進行極高分辨率的離散化。這種高分辨率計算通常需要巨大的計算機容量和計算時間，因此不適用于生產公司，這些公司實際上廣泛使用過程模擬以便設計穩健的過程并保持指定的鑄造質量。

發明內容

一個目的是提供一種用于確定鑄造金屬物體中的由于收縮引起的孔隙的改進的方法和系統，該方法和系統克服或至少減少了上述問題。

上述和其他目的通過本發明的實施方式的特征實現。根據說明書和附圖，進一步的實施形式是明顯的。