[发明专利]重力浇铸模拟试验台

说明书

本发明公开了一种重力浇铸模拟试验台，包括底座、浇包架、试验浇包、倾倒装置、振动台、模拟砂箱和测量装置。本发明可选用水、泥浆或甘油等作为介质模拟液态金属，主要用于铸造成型过程中的充型过程的水力模拟试验、浇铸规律模拟试验和振动浇铸模拟试验。所述的试验浇包通过倾倒装置驱动实现重力浇铸，在模拟砂箱内安装不同的浇注系统和铸型可开展充型试验；试验结果可通过测量装置、振动台、模拟砂箱和试验浇包中安装的传感器获取，且试验参数可由计算机自动采集、转换。本发明可以根据不同的工况、浇注系统和铸型有针对性地制定试验方案，得到有规律的结论，且具有研究不受环境和场地等因素的制约，易于操作、成本低等诸多优点。

技术领域

本发明属于铸造试验设备技术领域，特别涉及一种重力浇铸模拟试验台。

背景技术

传统铸造生产中目前仍然是根据经验来确定流量系数、流速等铸造工艺参数及合理的浇注系统，这对于重大复杂及批量大的一些铸件是非常不够的，也是不科学的，铸件废品率居高不下，常常造成重大经济损失。在铸造生产中浇铸时铁水或钢水需要用浇包转到生产线上，对准浇注口把浇包中的铁水或钢水倒在浇铸工件的浇口杯中，冷却后经过落砂清理形成铸件。目前，浇铸铁水或钢水是由工人手抬或行车吊运沉重的浇包，从高频电炉处接铁水或钢水，再把铁水或钢水与浇包移到浇铸地点，两人或多人配合，将浇包慢慢地倾斜，将浇包中的铁水或钢水倾倒在工件的浇注口中。此种方法不便于现场教学或试验研究，主要制约因素有：(1)受到用电的限制，一般铸造生产都在夜间进行，不便于开展参与人数较多的教学或需要调试的试验研究；(2)铸造现场工作环境差。铁水或钢水的温度高达1500℃左右，其工作环境温度在40℃以上，安全隐患大；(3)工作环境危险，时刻要小心铁水或钢水飞溅，现场工作人员的人身安全保障存在隐患；(4)现场浇铸全程周期较长，浇铸速度慢；(5)现场浇铸试验成本高。在涉及铸造过程的教学、研究方面，铸造成型方面的教学都是基于教师或师傅的口述和视频教学，很少有学生可切身体会铸造的过程，导致对铸造方面的很多知识仅停留在纸上谈兵的阶段。而且到现场参观受到参观时机安排、现场接受参观的条件、安全管理以及交通等诸多限制，一次教学往往要花费很多的时间和精力在筹备和组织上。不仅增加了组织筹备的工作量，提高了教学成本，而且铸造现场教学还存在一定的安全隐患和管理难度。因此，数值模拟和以水力模拟为主的物理相似模拟试验成为替代现场浇铸试验进行教学和科研试验的一种主要手段。同时，随着铸造生产技术的发展、测试技术和计算机在铸造生产和研究中的应用，以及对铸件质量要求的提高，迫切需要在实验室通过物理模拟和数学模拟的方法，对铸造生产的主要过程——充型过程和凝固过程，进行精确的测量，研究其规律、得出定性和定量的数学公式。从而能够测出一些未知的现象，并以实验室中所得到的规律去指导和控制生产过程，提高铸件的质量和产量，进而取得更好的经济效益。

基于计算机的数值模拟方法尽管具有一定的参考价值，但是误差较大，且很多工艺参数无法通过计算机模拟的方法获取。国外一些工厂从上世纪70年代就开始对于重大、复杂和批量较大的铸件，已经普遍地先在实验室中用水模拟的方法研究充型过程及浇注系统，找出其规律，确定最合理的工艺方案，然后进行生产，以取得最佳的经济效果。

水模拟技术已成为铸件铸造工艺优化设计中常用的研究方法,理想的铸造工艺设计可有效地减轻液态金属充型过程中的卷气和夹杂倾向。研究过程不仅在于流动过程的显示和对计算机数值模拟过程的补充，而且随着近代计算机技术、图像处理技术以及激光技术的发展，如利用PIV等液体流场可视化技术，利用计算机图形图像学高速有效的算法，对获得的流场图像进行定量化研究。但对水模拟过程与液态金属充型过程的相似性有更高的要求，对水模拟的试验台设计提出了更高的要求，从而提高水模拟试验结果的准确性。