iixle-i = (Vmaokou-circle-i / 3 · 5 7 ) Z，高度為 SaiJnaokou-circ le-i ，~[xi5^j2ainaokou-circle-i， 圓弧半徑為 Smaokou-circle-i/2 j
[0022] 本發(fā)明包括以下有益效果：
[0023] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種回轉(zhuǎn)體薄壁鑄件砂型鑄造過程中冒口設(shè)計(jì)方法，采用物理實(shí)驗(yàn) 的方法確定合金/砂型界面換熱系數(shù)，同時(shí)配合砂型澆注圓圈形狀鑄件的實(shí)驗(yàn)手段對界面 換熱系數(shù)的實(shí)用性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，基于更為準(zhǔn)確的縮松缺陷預(yù)測設(shè)計(jì)冒口。合金/砂型界面 換熱系數(shù)的精確選擇和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為縮松缺陷的準(zhǔn)確預(yù)測以及合理的冒口尺寸設(shè)計(jì)奠定了 堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，解決了目前缺陷預(yù)測和冒口設(shè)計(jì)過程中涉及大量試算且缺少必要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的 問題，提高了冒口設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度，加速了鑄造工藝優(yōu)化進(jìn)程，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，將鑄件產(chǎn) 品品質(zhì)提尚20~40%。
[0024]本發(fā)明適用于回轉(zhuǎn)體薄壁鑄件砂型鑄造過程。利用本發(fā)明可以更為準(zhǔn)確的預(yù)測縮 松缺陷形成位置，為冒口設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的參數(shù)指導(dǎo)，從多個(gè)方面輔助鑄造工藝開發(fā)和優(yōu)化， 具有巨大市場應(yīng)用潛力，廣泛采用本發(fā)明方法進(jìn)行回轉(zhuǎn)體薄壁鑄件砂型鑄造過程中冒口設(shè) 計(jì)，能夠制造高達(dá)數(shù)億元的產(chǎn)值。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明涉及的缸體葉片鑄件三維實(shí)體圖，其中，a為主視圖，b為俯視圖，c為 立體圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中物理模擬實(shí)驗(yàn)鑄造系統(tǒng)示意圖，其中，a為三維實(shí)體圖，b為 主視圖，c為俯視圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中物理模擬實(shí)驗(yàn)所得鑄件；
[0028] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中物理模擬實(shí)驗(yàn)所得3個(gè)熱電偶處的升溫曲線，圖中，橫坐標(biāo) 表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示溫度；
[0029]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中實(shí)驗(yàn)所得熱流密度Qexp⑴隨時(shí)間變化曲線；
[0030]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中的各參數(shù)變化曲線圖，圖中：
[0031] a為合金/砂型（合金和砂型之間）界面處合金液溫度Tallciy隨時(shí)間變化曲線、b為合 金/砂型(合金和砂型之間）界面處型砂溫度Tsand隨時(shí)間變化曲線、c為合金/砂型(合金和砂 型之間）界面換熱系數(shù)為81OW Hf2IT1時(shí)模擬所得熱流密度Qsimu(t)隨時(shí)間變化曲線；
[0032]圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中圓圈形狀鑄件三維實(shí)體圖，圖中:a為正視圖，b為俯視圖； [0033] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中4個(gè)不同澆注溫度1486°(：、1514°(：、1555°(：和1588°(：下實(shí)驗(yàn) 所得鑄件，圖中，a為澆注溫度1486Γ下實(shí)驗(yàn)所得鑄件、b為澆注溫度1514Γ下實(shí)驗(yàn)所得鑄 件、c為澆注溫度1555Γ下實(shí)驗(yàn)所得鑄件、d為澆注溫度1588Γ下實(shí)驗(yàn)所得鑄件；
[0034] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例1中4個(gè)不同澆注溫度1486 °C、1514°C、1555 °C和1588°C下模擬 所得鑄件內(nèi)溫度場分布；
[0035] a為澆注溫度1486Γ下模擬所得鑄件內(nèi)溫度場分布、b為澆注溫度1514Γ下模擬所 得鑄件內(nèi)溫度場分布、c為澆注溫度1555Γ下模擬所得鑄件內(nèi)溫度場分布、d為澆注溫度 1588 °C下模擬所得鑄件內(nèi)溫度場分布；
[0036]圖10為本發(fā)明實(shí)施例1中圓圈形狀鑄件長度模擬和實(shí)驗(yàn)測量對比；
[0037]圖11為本發(fā)明實(shí)施例1中傳統(tǒng)鑄造工藝冒口和澆道位置，圖中，a為主視圖，b為俯 視圖；
[0038] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例1中傳統(tǒng)鑄造工藝下縮松缺陷分布預(yù)測圖；圖中，淺灰色區(qū)域 為無縮松缺陷形成區(qū);深灰色區(qū)域?yàn)榭s松缺陷形成區(qū)；
[0039] 圖13為本發(fā)明實(shí)施例1中腰形冒口尺寸示意圖；
[0040] 圖14為本發(fā)明實(shí)施例1中優(yōu)化工藝中腰形暗冒口尺寸示意圖，a為主視圖，b為俯視 圖；從圖中可見共8個(gè)腰形暗冒口，標(biāo)號分為1，2,3,4,5,6,7和8;
[0041] 圖15為本發(fā)明實(shí)施例1中添加腰形暗冒口后縮松缺陷分布預(yù)測圖，淺灰色區(qū)域?yàn)?無縮松缺陷形成區(qū);深灰色區(qū)域?yàn)榭s松缺陷形成區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0042] 一:本實(shí)施方式所述的基于縮松缺陷預(yù)測的回轉(zhuǎn)體薄壁鑄件砂型鑄 造過程中冒口設(shè)計(jì)方法，是按以下步驟進(jìn)行：
[0043]步驟一、設(shè)計(jì)物理模擬實(shí)驗(yàn)，獲得砂型中不同點(diǎn)的升溫曲線：
[0044]進(jìn)行溫度場數(shù)值模擬，采用實(shí)驗(yàn)所提供的熱流密度隨時(shí)間變化曲線直接確定合 金/砂型(合金和砂型之間）界面換熱系數(shù)；
[0045]步驟一（1 )、物理模擬實(shí)驗(yàn)中鑄件形狀和尺寸特征:鑄件為長方形板，長方形板的 長度用Lpiane3表示，板的厚度Splane3與回轉(zhuǎn)體薄壁鑄件最小壁厚Sminc^sting和最大壁厚δ max casting 的平均值相等，即 Spiane = (5mincasting+5maxcasting)/2，板的寬度 Wpiane 和板的厚度 Splane相等，即Wplane= 5plane ;單位均為mm ;
[0046] 步驟一(2)、物理模擬實(shí)驗(yàn)采用砂型鑄造，砂型為長方形，其尺寸特征:長度為Lsand =[10mm+LPiane/2+LPiane+(20% Xdminsand)]，寬度為Wsand = [Wpiane+2 X (20% X dminsand)]，厚 度為5sand = [ 5piane+2 X (20 % X dminsand)]，其中dminsand為回轉(zhuǎn)體薄壁鑄件在砂箱中距離砂 型外表面距離的最小值;鑄件空腔處于砂型中，距左、右、前、后、上、下砂型外表面距離分別 為（10mm+L Piane/2)、（20 % X dminsand)、（20 % X dminsand)、（ 20 % X dminsand)、（20 % X Clminsand)、（ 20 % X Clminsand);直澆道尺寸特征：縱向放置圓柱體，直徑Dver為LPi ane/5，高度 Hver為[δρ1_+(20% X Clminsand)];橫澆道尺寸特征:橫向放置圓柱體，直徑Dhori為Spiane/4，單 位均為mm;
[0047] 步驟一 (3)、物理模擬實(shí)驗(yàn)中在距離鑄件空腔上表面不同位置處的砂型中放置測 溫?zé)犭娕糡C;熱電偶的總數(shù)量為NT，且3 < NT < 10;每個(gè)熱電偶TCi距離鑄件空腔上表面的距 離為xi，i的取值范圍1~NT;(這里的i也指TCi中i);
[0048] 步驟一(4)、澆注長方形板物理模擬實(shí)驗(yàn)鑄件，獲得型砂中不同點(diǎn)的升溫曲線，所 述升溫曲線為溫度隨時(shí)間變化曲線；
[0049]步驟一 (5)、進(jìn)行鑄件鑄造過程三維傳熱過程的計(jì)算機(jī)仿真:物理模擬實(shí)驗(yàn)所得熱 流密度
q作為溫度場計(jì)算的邊界條件，熱流密度的單位為J η??式中t為時(shí)間，單位S ; Psand為型砂密度，單位kg πΓ3 ; CPsand為型砂比熱，單位J kg^IT1; ^由升溫曲線提供，At為升溫曲線中相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，單位為s; AT1為升溫曲線 中t+Δ t時(shí)刻溫度與t時(shí)刻溫度的差值，單位Κ; Δ Ti = Ti(t+A t)-Ti(t);由合金/砂型（合金 和砂型之間）界面處熱流密度Qsimu(t) =halloy-sand(Talloy-Tsand)與Qexp(t)相等，推算平均合 金/砂型界面換熱系數(shù)h allciy-sand(W Hf2IT1)，其中TaIlciy為合金/砂型界面處合金液溫度，T sand 為合金/砂型界面處型砂溫度；
[0050]步驟二、采用砂型澆注圓圈形狀鑄件:測量不同澆注溫度下鑄件長度，針對圓圈形 狀鑄件開展三維傳熱過程的計(jì)算機(jī)仿真，合金/砂型界面換熱系數(shù)來自步驟一獲得的平均 合金/砂型界面換熱系數(shù)hallciy- sand(w Hf2IT1)，模擬所得鑄件長度與實(shí)驗(yàn)測量對比，驗(yàn)證步驟 一中所得界面換熱系數(shù)的實(shí)用性：
[0051 ] 步驟二（1 )、鑄件型腔為圓圈形，共5圈，進(jìn)行化。虹_次實(shí)驗(yàn)，Npciuring 2 3，獲得Npciuring 個(gè)實(shí)驗(yàn)鑄件，每次實(shí)驗(yàn)的澆注溫度Tpourma < i SNpciurlng)不同；測量實(shí)驗(yàn)鑄件的長度，即 金屬液在圓圈形鑄件型腔內(nèi)流經(jīng)的距離Lexppmjring-i(l < i < Npmjring)，單位mm;繪制實(shí)驗(yàn)鑄 件長度Lexppciuring隨澆注溫度Tpciuring的變化曲線；
[0052] 步驟二(2)、針對圓圈形狀鑄件開展三維傳熱過程的計(jì)算機(jī)仿真，合金/砂型界面 換熱系數(shù)匕11。0-來自步驟一;采用與實(shí)驗(yàn)相同的澆注溫度T Pcmring-i(l < i SNpciuring),進(jìn)行 Npciuring次模擬實(shí)驗(yàn)，測量模擬所得鑄件的長度，繪制模擬結(jié)果中鑄件長度Lsimupciuring隨澆注 溫度T pciuring的變化曲線；
[0053] 步驟二（3)、模擬所得LsimUpouring-Tpouring變化曲線與實(shí)驗(yàn)所得Lexppouring-Tpmjring 曲線進(jìn)行對比，如果最大差值的絕對值>1〇〇_，則回到步驟一 (3)，增加熱電偶個(gè)數(shù)，重復(fù) 步驟一(4)和步驟一(5);如果最大差值的絕對值< 100mm，則證明合金/砂型界面換熱系數(shù) haiiQy-sand具有實(shí)用性，進(jìn)入步驟三；
[0054] 步驟三、采用步驟一中所獲得的合金/砂型界面換熱系數(shù)hallciy-sand，針對回轉(zhuǎn)