[发明专利]用于对铸件中的铸件缺陷和微结构进行仿真的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及对铸件中的铸件缺陷和微结构的预测，更具体地，涉及在不知道铸件浇注系统和冒口设计的情况下对铸件中的铸件缺陷和微结构的大小和体积分数进行仿真和预测的方法。

背景技术

铝组件由于其所具有的高强度重量比、高的抗腐蚀性、以及相对较低的原材料成本而被广泛地用在结构应用中。尽管在成本上能够与其它制造方法竞争，但是与铝合金相关的铸造工艺可能会将大量的缺陷(例如微孔和氧化物)引入到材料中，这些缺陷将明显减小材料的疲劳和其它机械特性。

在确立制造工艺之前对这类缺陷以及与合金和工艺相关的微结构的发生进行预测将具有重要的价值，这是因为可以探索并最终优化设计和制造的的替代性方案，这将导致铸件产品中的改善的可靠性。

铸造工艺的数学建模现在已经是非常先进的了，其中可以使用商业获得的程序关于任何虚拟的铸造工艺来预测模具填充和凝固行为。对来自模具填充和凝固的宏观尺度的热、压力、和速度分布以及诸如俘获空气和宏观的收缩孔隙度之类的宏观缺陷进行预测的软件是相当有用的，具有依赖于所应用的数值方法和边界条件的准确性。然而，对微观空隙度、氧化物、以及具体的微结构的预测在商用程序中却并不先进，并且非常有限。

为了准确地预测模具填充和凝固过程期间形成的铸件缺陷和微结构，整个的模具几何必需是模型的一部分。模具几何和构造(例如，浇注系统的位置和大小、流道、冒口、模具材料、在灌注和凝固期间模具中的零部件取向，等等)都是铸造厂商的重要知识产权。因此，铸造厂商不会愿意分享这类信息。

许多顾客从各个供应商那里购买铸铝的零部件/系统。由于采用现有途径无法对这些已购买的零部件/系统中的铸件缺陷和微结构进行预测，所以对这些零部件/系统的准确的可靠性分析变成了问题。

因此，需要一种方法，该方法在铸件布局和浇注系统/冒口设计以及铸造工艺参数的具体情况未知时能够对铸铝零部件中的铸件缺陷和微结构进行预测。

发明内容

提供了用于在不知道铸件布局、铸件浇注系统和冒口设计、以及铸造工艺参数的具体情况中的一个或多个的情况下就零部件/系统耐用性分析对供应商/卖家的铸件中的铸件缺陷和微结构进行仿真的系统、方法和制造物件。

已经开发出铸造工艺分析工具，以便预测模具填充和凝固期间的熔化物流动和传热。该代码需要铸件、浇注系统、冒口以及所有模具零部件的全部网格(几何)。尽管对于顾客而言铸件几何是可用的，但是其它零部件(特别是由零部件供应商制成的零部件)则是铸造厂商专有的，且并不容易获得。所述方法涉及使零部件供应商使用商用软件程序以便在他们的场所利用包括了他们的专有零部件以及由顾客生成的铸件几何/网格的完整模型来进行模具填充和凝固分析，然后向顾客提供模具填充后的铸件模型的压力分布以及在凝固期间的温度分布。接下来，顾客可以基于所开发的集成的孔生长和枝晶间流动模型以及由零部件供应商提供的温度和压力分布，在不知道零部件供应商的专有铸件浇注系统和冒口设计的情况下，对铸件缺陷和微结构进行仿真。

该方法消除了不得不要求零部件供应商公开有关其铸件系统设计和铸造工艺参数的专有信息的情况。顾客能够预测铸件缺陷和微结构，并且由此对零部件供应商的零部件/系统进行更加准确的耐用性分析。

本发明还提供了以下方案：

1.一种对零部件的铸件缺陷和微结构进行预测的系统，包括：

信息输入部，其配置成接收与凝固期间的温度分布、模具填充后的流体静力学压力分布、零部件几何模型、材料、熔化质量、以及热动力学数据库中至少一个有关的信息；

信息输出部，其配置成转换与由所述系统预测的零部件的铸件缺陷和微结构的尺寸、体积百分数和分布中至少一个有关的信息；

处理单元；以及

计算机可读介质，其包括在其中实施的计算机可读程序代码，所述计算机可读介质与所述处理单元、所述信息输入部、以及所述信息输出部协作，使得所述信息输入部由所述处理单元和计算机可读程序代码操作，以便作为与由所述系统预测的铸件缺陷和微结构的尺寸、体积百分数和分布有关的信息提供给所述信息输出部，所述计算机可读程序代码包括铸件缺陷和微结构建模模块：

其中，所述铸件缺陷和微结构建模模块使用集成的孔生长和枝晶间流动模型对所述零部件中的铸件缺陷、所述零部件的微结构、或者所述两者进行仿真。