鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型的制作方法，其包括步驟：在三維造型軟件中等比例縮放；抽殼；逐層切片；將切片時(shí)的切片文件導(dǎo)入至激光雕刻機(jī)中，對(duì)有機(jī)玻璃板進(jìn)行加工，以形成有機(jī)玻璃片；將各層有機(jī)玻璃片定位、粘接、組裝；抽殼的殼層厚度定義為t,d為切片間距，θ是相鄰兩個(gè)平行的切片之間的縮放后的鑄件三維實(shí)體造型的輪廓與所述相鄰兩個(gè)平行的切片形成的夾角，θ的最小值定義為θmin；l為縮放后的鑄件三維實(shí)體造型中的間隙的間距，l的最小值定義為lmin；r為縮放后的鑄件三維實(shí)體造型的輪廓的曲率半徑，r的最小值定義為rmin；k取1.5～2.0之間。所得到的型腔模型可以任意復(fù)雜且與實(shí)際鑄件結(jié)構(gòu)一致、殼層厚度均勻且很薄、具有良好可視性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鑄造過(guò)程水力學(xué)模擬領(lǐng)域，尤其涉及一種鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在鑄件的制造過(guò)程中，充型缺陷是一類(lèi)典型且嚴(yán)重的鑄造缺陷，例如夾渣、卷氣等。而鑄件澆注系統(tǒng)直接影響充型過(guò)程。因此，鑄造充型過(guò)程的研究，對(duì)優(yōu)化澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、改善鑄件充型缺陷，具有重大意義。
[0003]水力學(xué)模擬是研究鑄造充型過(guò)程的一種常用手段，具有直觀有效、成本低的特點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，被用于鑄造充型過(guò)程的研究，觀察充型過(guò)程，改進(jìn)澆注系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)?；诹鲌?chǎng)相似理論設(shè)計(jì)的水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)，可以通過(guò)觀察和測(cè)量充型過(guò)程中澆注系統(tǒng)的流量分配、鑄件的充型順序、液面平穩(wěn)性以及內(nèi)部漩渦和卷氣等，得到關(guān)于充型過(guò)程的豐富有效數(shù)據(jù)。
[0004]然而，水力學(xué)模擬型腔的制作一直存在巨大困難。原因在于，該模型型腔需要同時(shí)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和良好的可視性。為了實(shí)現(xiàn)型腔透明內(nèi)部可視的效果，一般選擇透明有機(jī)玻璃作為型腔制作材料，通過(guò)規(guī)則形狀的有機(jī)玻璃管或板等組成簡(jiǎn)單形狀的鑄件型腔結(jié)構(gòu)。當(dāng)鑄件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜時(shí)，除非對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大程度的簡(jiǎn)化，否則無(wú)法制作鑄件型腔模型。而由于流場(chǎng)對(duì)邊界的敏感性，簡(jiǎn)化后的型腔模型又根本無(wú)法反應(yīng)實(shí)際流場(chǎng)。
[0005]另一方面，當(dāng)鑄件非常復(fù)雜時(shí)，尤其是鑄件結(jié)構(gòu)和澆注系統(tǒng)都非常復(fù)雜時(shí)，對(duì)型腔的觀察就變得非常困難。由于有機(jī)玻璃板壁厚不一，外層輪廓形狀設(shè)計(jì)不合理，以及由拼裝粘接帶來(lái)的影響，都會(huì)大大降低有機(jī)玻璃型腔模型的透明性，使得觀察內(nèi)部流場(chǎng)變得非常困難。
[0006]因此，現(xiàn)有的型腔模型，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)滿(mǎn)足型腔結(jié)構(gòu)與實(shí)際鑄件一致且達(dá)到清晰可見(jiàn)的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型的制作方法，其能制造出任意復(fù)雜形狀且與實(shí)際鑄件結(jié)構(gòu)一致的鑄件型腔。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型的制作方法，其能制造出殼層厚度均勻且很薄的鑄件型腔。
[0009]本發(fā)明的再一目的在于提供一種鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型的制作方法，其能制造出具有良好可視性的鑄件型腔。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型的制作方法，其包括步驟:在三維造型軟件中，對(duì)包括澆注系統(tǒng)的鑄件三維實(shí)體造型進(jìn)行等比例縮放，得到縮放后的鑄件三維實(shí)體造型且使縮放后的鑄件三維實(shí)體造型的尺寸達(dá)到鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型的尺寸；對(duì)縮放后的鑄件三維實(shí)體造型進(jìn)行抽殼，生成鑄件殼體造型；將得到的鑄件殼體造型進(jìn)行逐層切片，切片間的距離固定且相等；將鑄件殼體造型形成切片時(shí)的切片文件導(dǎo)入至激光雕刻機(jī)中，激光雕刻機(jī)依照所述切片文件對(duì)厚度等于切片間距離的有機(jī)玻璃板進(jìn)行加工，以形成有機(jī)玻璃片；將形成的各層有機(jī)玻璃片定位、粘接，組裝得到鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型；其中，抽殼操作中的抽殼的殼層厚度定義為t，t的大小設(shè)定需要滿(mǎn)足如下關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的制作方法，其特征在于，包括步驟: 在三維造型軟件中，對(duì)包括澆注系統(tǒng)的鑄件三維實(shí)體造型進(jìn)行等比例縮放，得到縮放后的鑄件三維實(shí)體造型(I)且使縮放后的鑄件三維實(shí)體造型(I)的尺寸達(dá)到鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的尺寸； 對(duì)縮放后的鑄件三維實(shí)體造型(I)進(jìn)行抽殼，生成鑄件殼體造型(2)； 將得到的鑄件殼體造型(2)進(jìn)行逐層切片，切片(3)間的距離固定且相等； 將鑄件殼體造型(2)形成切片(3)時(shí)的切片文件導(dǎo)入至激光雕刻機(jī)中，激光雕刻機(jī)依照所述切片文件對(duì)厚度等于切片(3)間距離的有機(jī)玻璃板進(jìn)行加工，以形成有機(jī)玻璃片(5)； 將形成的各層有機(jī)玻璃片(5)定位、粘接，組裝得到鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)； 其中，抽殼操作中的抽殼的殼層厚度定義為t，t的大小設(shè)定需要滿(mǎn)足如下關(guān)系:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的制作方法，其特征在于，當(dāng)Imin太小導(dǎo)致根據(jù)方程(a)的殼層厚度t的可選范圍為空集時(shí)，增大該Imin對(duì)應(yīng)的位置處的間隙距離到20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的制作方法，其特征在于，當(dāng)rmin太小導(dǎo)致根據(jù)方程(a)的殼層厚度t的可選范圍為空集時(shí)，對(duì)rmin對(duì)應(yīng)的拐角進(jìn)行縮放后的鑄件三維實(shí)體造型(I)修改或者添加倒角，以增大該拐角的曲率半徑到10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的制作方法，其特征在于， 切片(3)間的距離d為3mm; 縮放后的鑄件三維實(shí)體造型(I)在長(zhǎng)、寬、高方向上的平均尺寸約為500mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的制作方法，其特征在于，當(dāng)Qmin太小導(dǎo)致根據(jù)方程(a)的殼層厚度t的可選范圍為空集時(shí)，修改該Qmin對(duì)應(yīng)的縮放后的鑄件三維實(shí)體造型(I)的輪廓(P)所對(duì)應(yīng)的位置以增大該局部所成的角度Θ或者對(duì)該位置的輪廓單獨(dú)進(jìn)行抽殼操作，殼層厚度t設(shè)定時(shí)只需符合最小值要求，不需要滿(mǎn)足最大值要求，即只需符合如下條件:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的制作方法，其特征在于，抽殼為在縮放后的鑄件三維實(shí)體造型(I)的高度方向上分區(qū)域抽殼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的制作方法，其特征在于，在抽殼操作中，選擇縮放后的鑄件三維實(shí)體造型(I)的澆注系統(tǒng)的澆口(11)為抽殼的敞口面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的制作方法，其特征在于，當(dāng)一層有機(jī)玻璃片(5)分為多個(gè)塊時(shí),對(duì)該層有機(jī)玻璃片(5)中的每一塊進(jìn)行定位、粘接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的制作方法，其特征在于，定位粘接的方法是:在有機(jī)玻璃片(5)上涂上無(wú)影膠，對(duì)比相應(yīng)的切片文件反復(fù)調(diào)整位置，完全定位后用紫外線燈照射固化粘接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造充型水力學(xué)模擬用型腔模型(4)的制作方法，其特征在于，有機(jī)玻璃片(5)粘接過(guò)程為:選擇中部位置截面較大的一層有機(jī)玻璃片(5)作為基底向一側(cè)粘接，最后粘接剩下的一側(cè)。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK103691921SQ201310711058
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】康進(jìn)武, 董超 申請(qǐng)人:清華大學(xué)