一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法，包括以下步驟：(1)針對熔模鑄造的各工藝階段分別建立數(shù)值分析模型；(2)將前一所述數(shù)值分析模型的模擬輸出作為后一所述數(shù)值分析模型的模擬輸入，建立全過程的誤差流，獲得最終的鑄件仿真變形結(jié)果；(3)從鑄件的仿真最終變形結(jié)果逆向反變形至模具設(shè)計階段，確定每個關(guān)鍵尺寸的型面收縮率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對關(guān)鍵尺寸的誤差演化建立了誤差流，基于誤差流的回溯可以獲知更為準確和詳盡的收縮率，豐富模具設(shè)計的設(shè)計細節(jié)準確度；并且在熔模設(shè)計這一源頭針對鑄件全過程的誤差演化進行了預(yù)變形，可以節(jié)省后續(xù)工序?qū)﹁T件的矯正工作，節(jié)約工作量，提升鑄件的精度。
【專利說明】一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熔模精鑄領(lǐng)域，尤其是涉及一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源利用效率的提升，基于復(fù)雜氣動原理或者流體動力學(xué)設(shè)計的部件越來越多，其形狀復(fù)雜，對于一體性和精度的要求較高。熔模鑄造能夠整體精密鑄造出形狀極為復(fù)雜的零件，因此成為生產(chǎn)復(fù)雜金屬構(gòu)件的主要方法甚至是唯一方法。但是，熔模鑄造工藝繁雜，流程冗長(如圖1所示)，鑄件從最初的設(shè)計直至熔模制備、型殼制備一直到鑄件凝固和最終的后處理，每道工序都由于各種原因引入尺寸超差和變形(下文簡稱誤差)，各工序間的誤差還存在著彼此影響作用，導(dǎo)致誤差在熔模精鑄冗長的工藝過程中的演化和累積規(guī)律較難掌握，最終導(dǎo)致鑄件的精度難以達到要求(如圖2所示)。
[0003]傳統(tǒng)研宄較為關(guān)注熔模鑄造工藝過程中某個關(guān)鍵制備階段內(nèi)形成的誤差，默認在此階段之前不發(fā)生任何尺寸超差和變形，并且對后續(xù)工藝階段的誤差也沒有任何的影響，而對各制備階段不同誤差間前后相互傳遞和影響的規(guī)律往往不夠重視，對單個階段產(chǎn)生的誤差對鑄件最終變形的影響程度也缺乏清晰的了解。鑒于熔模鑄造的復(fù)雜性和系統(tǒng)性，這種對鑄件誤差在單個工藝階段內(nèi)的孤立研宄無助于理解熔模鑄造誤差的產(chǎn)生、累積、抵消甚至加劇等演化過程，導(dǎo)致對熔模精鑄件尺寸精度的系統(tǒng)控制措施缺乏足夠的效果。
[0004]熔模鑄造中控制鑄件尺寸主要在兩個工藝階段:模具設(shè)計和熱處理階段。前者主要通過針對關(guān)鍵部位設(shè)置反變形收縮率來控制誤差，但對模具關(guān)鍵部位的收縮率的確定通常視設(shè)計師的經(jīng)驗而定，且只能針對少數(shù)幾個關(guān)鍵尺寸設(shè)定，較為簡單粗糙。隨著鑄件的外形越來越復(fù)雜，這種通過簡單幾個收縮率的反變形模具設(shè)計模式越來越體現(xiàn)出過于寬泛和經(jīng)驗型的缺點，事實上也越來越難以通過這種設(shè)計模式獲得令人滿意的鑄件精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法；首先利用有限元仿真軟件，針對每道工序建立制備過程系統(tǒng)數(shù)值模型，建立工藝級的誤差分析模型；以此模型為基礎(chǔ)，獲得該工藝階段的誤差機理及誤差程度；隨后，以前一階段的輸出作為后一階段的輸入，建立起系統(tǒng)級的誤差流傳遞模型；由該誤差流逆向回溯至熔模模具設(shè)計階段，針對關(guān)鍵尺寸的型面設(shè)置不同的收縮率，可以獲得預(yù)變形更符合后續(xù)誤差演化規(guī)律的熔模，從而控制鑄件的最終變形。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008](I)針對熔模鑄造的各工藝階段分別建立數(shù)值分析模型；
[0009](2)將前一所述數(shù)值分析模型的模擬輸出作為后一所述數(shù)值分析模型的模擬輸入，建立全過程的誤差流，獲得最終的鑄件仿真變形結(jié)果；
[0010](3)從鑄件的仿真最終變形結(jié)果逆向反變形至模具設(shè)計階段，確定每個關(guān)鍵尺寸的型面收縮率。
[0011]所述的各工藝階段包括熔模制造階段、脫蠟焙燒階段、合金澆注和凝固階段、切割澆冒系統(tǒng)階段、熱處理階段、焊補階段以及噴砂階段。
[0012]所述數(shù)值分析模型可通過在數(shù)值模擬軟件上編寫子程序的方法來建立。
[0013]所述數(shù)值模擬軟件包括但不限于Moldf low、ABAQUS、ProCAST、MSC.Marc和ANSYS。
[0014]所述關(guān)鍵尺寸包括但不限于直徑、厚度、高度、圓度、平行度、同心度和偏轉(zhuǎn)角度。
[0015]所述每個關(guān)鍵尺寸的型面收縮率的方法具體為:。
[0016]將所述的仿真最終變形結(jié)果減去設(shè)計值后取絕對值除以設(shè)計值即為收縮率。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下效果:
[0018]通常熔模模具設(shè)計過程中收縮率的設(shè)置較為粗放，所能關(guān)注的關(guān)鍵尺寸極為有限，通過本發(fā)明，針對關(guān)鍵尺寸的誤差演化建立了誤差流，基于誤差流的回溯可以獲知更為準確和詳盡的收縮率，豐富模具設(shè)計的設(shè)計細節(jié)準確度；并且在熔模設(shè)計這一源頭針對鑄件全過程的誤差演化進行了預(yù)變形，可以節(jié)省后續(xù)工序?qū)﹁T件的矯正工作，節(jié)約工作量，提升鑄件的精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為熔模鑄造的主要工藝流程圖；
[0020]圖2為傳統(tǒng)熔模精鑄過程中熔模鑄件尺寸在各工藝階段的變化。

【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0022]實施例1:
[0023]步驟一:
[0024]應(yīng)用Moldflow建立航空發(fā)動機機匣斜支板模型，分析獲得熔模制備階段的變形云圖。測量蠟?zāi)Ｍ猸h(huán)上法蘭外徑的模擬尺寸為1002mm。
[0025]步驟二:
[0026]應(yīng)用ABAQUS針對機匣的型殼制備階段建立模型，以上一步驟變形后的蠟?zāi)Ｔ茍D作為本模型的輸入，獲得型殼內(nèi)腔變形云圖，測量獲得外環(huán)上法蘭外徑為1005mm。
[0027]步驟三:應(yīng)用P1CAST針對機匣的合金凝固階段建立模型，以上一步驟變形后的型殼內(nèi)腔作為本模型的輸入，獲得變形后的鑄件云圖，測量外環(huán)上法蘭外徑為998mm。
[0028]步驟四:應(yīng)用MSE.Marc針對機匣的熱處理階段建立模型，以上一步驟凝固變形后的鑄件作為本模型的輸入，獲得熱處理變形后的鑄件云圖，測量外環(huán)上法蘭外徑為995mm。
[0029]步驟五:計算出工藝階段至此時機匣關(guān)鍵尺寸外環(huán)上法蘭外徑的變形值與設(shè)計值的比例為(1000-995)/1000，也即0.5%，該值即為機匣模具外環(huán)上法蘭外徑的收縮率。
[0030]實施例2:
[0031]步驟一:應(yīng)用Moldflow建立發(fā)動機渦輪模型，分析獲得其熔模制備階段的變形。測得蠟?zāi)Ｗ畲笾睆?57mm。
[0032]步驟二:應(yīng)用ABAQUS針對渦輪的型殼制備階段建立模型，將上一步驟變形后的蠟?zāi)Ｔ茍D作為本模型的輸入，獲得型殼內(nèi)腔變形云圖，測得最大直徑為259.2mm。
[0033]步驟三:應(yīng)用P1CAST針對渦輪的合金凝固階段建立模型，將上一步驟變形后的型殼內(nèi)腔作為本模型的輸入，獲得變形后的鑄件云圖，測得最大直徑為260mm。
[0034]步驟四:應(yīng)用MSE.Marc針對渦輪的熱處理階段建立模型，將上一步驟凝固變形后的鑄件作為本模型的輸入，獲得熱處理變形后的鑄件云圖，測得最大直徑為256.3mm。
[0035]步驟五:計算出工藝階段至此渦輪關(guān)鍵尺寸最大直徑的變形值與設(shè)計值258mm的比例為(256.3-258)/258，也即0.7%，該值即為渦輪最大直徑的反變形收縮率。
[0036]實施例3:
[0037]步驟一:應(yīng)用Moldflow建立燃氣輪機三聯(lián)葉片模型，分析獲得熔模制備階段的變形。獲得葉片蠟?zāi)Ｊ湛s后的變形輪廓。
[0038]步驟二:應(yīng)用ABAQUS針對葉片的型殼制備階段建立模型，將上一步驟變形后的蠟?zāi)Ｔ茍D作為本模型的輸入，獲得型殼內(nèi)腔變形云圖。
[0039]步驟三:應(yīng)用P1CAST針對葉片的合金凝固階段建立模型，將上一步驟變形后的型殼內(nèi)腔作為本模型的輸入，獲得變形后的鑄件云圖。
[0040]步驟四:應(yīng)用MSE.Marc針對葉片的熱處理階段建立模型，將上一步驟凝固變形后的鑄件作為本模型的輸入，獲得熱處理變形后的鑄件云圖。
[0041]步驟五:對上一步驟獲得的變形件進行Imm厚度的層切，針對每一層進行反變形，計算出收縮率，并應(yīng)用于模具設(shè)計。
【權(quán)利要求】
1.一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)針對熔模鑄造的各工藝階段分別建立數(shù)值分析模型； (2)將前一所述數(shù)值分析模型的模擬輸出作為后一所述數(shù)值分析模型的模擬輸入，建立全過程的誤差流，獲得最終的鑄件仿真變形結(jié)果； (3)從鑄件的仿真最終變形結(jié)果逆向反變形至模具設(shè)計階段，確定每個關(guān)鍵尺寸的型面收縮率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法，其特征在于，所述的各工藝階段包括熔模制造階段、脫蠟焙燒階段、合金澆注和凝固階段、切割澆冒系統(tǒng)階段、熱處理階段、焊補階段以及噴砂階段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法，其特征在于，所述數(shù)值分析模型可通過在數(shù)值模擬軟件上編寫子程序的方法來建立。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法，其特征在于，所述數(shù)值模擬軟件包括但不限于 Moldf low、ABAQUS, ProCAST, MSC.Marc 和 ANSYS。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意所述的一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法，其特征在于，所述關(guān)鍵尺寸包括但不限于直徑、厚度、高度、圓度、平行度、同心度和偏轉(zhuǎn)角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意所述的一種熔模精鑄模具收縮率的確定方法，其特征在于，所述每個關(guān)鍵尺寸的型面收縮率的方法具體為:。 將所述的仿真最終變形結(jié)果減去設(shè)計值后取絕對值除以設(shè)計值即為收縮率。
【文檔編號】G06F17/50GK104504195SQ201410802026
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】何博, 汪東紅, 李飛, 祝國梁, 孫寶德, 王俊 申請人:上海交通大學(xué)