[发明专利]基于时空冷却精确控制的智能铸造方法、装置和介质

说明书

本发明涉及一种基于时空冷却精确控制的智能铸造方法、装置和介质，所述方法包括步骤：对铸型镂空；对铸件和镂空的铸型进行铸造过程数值模拟；根据所述数值模拟结果，确定第I类铸件受控单元和第II类铸件受控单元；根据所述第I类铸件受控单元和第II类铸件受控单元分别确定第I类铸型受控单元受控表面和第II类铸型受控单元受控表面；对铸件和镂空铸型重新进行铸造过程数值模拟，根据数值模拟结果确定第II类铸型受控单元受控表面的控制条件和第I类铸型受控单元受控表面的控制条件。所述基于时空冷却精确控制的智能铸造方法结合凝固过程的数值模拟结果进行冷却边界条件的优化设置，实现铸型系统精确化可控冷却。

技术领域

本发明涉及一种基于时空冷却精确控制的智能铸造方法、装置和介质，属于智能铸造领域。

背景技术

当代工业快速发展所需铸件的形状和结构越来越复杂，对铸件的质量性能要求也越来越高。能够随心所欲地获得所设计的铸件形状结构和组织性能，历来是本领域科研工作者所追求的目标之一。然而，传统铸造领域依然存在着自动化程度不高、工况恶劣、材料及能源消耗高、作业劳动强度大、铸件废品率高等问题，且难以实现铸造成形过程的精确智能控制，因而加快发展高效率、低消耗、少排放、能循环、可持续的绿色智能铸造技术已越来越迫切。

铸造生产中，铸件的成形质量与其在铸型中的凝固冷却过程密切相关，因为该过程决定了铸件的组织性能，同时也影响着缩孔、缩松等各种铸件缺陷的形成。因此，性能优良可靠的铸型芯是铸件按需求设计可控成形的保证，而对铸件凝固冷却过程的自动精确控制是智能铸造最为关键的环节。传统的铸型芯通常为密实结构，这也导致在铸件成形过程中难以按需求精确控制其凝固冷却过程，同时铸件凝固后的冷却效率一般也较低，导致铸件整体生产周期长而不利于工业实际生产。当前，依然缺乏铸件凝固冷却过程的全时全方位按需求精确控制方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于时空冷却精确控制的智能铸造方法、装置和介质，通过铸件及铸型数字几何模型、有限差分三维网格模型，结合凝固过程的数值模拟结果进行冷却边界条件的优化设置，实现铸型系统任何部位、任何时刻的定量化、精确化可控冷却，进而优化调控铸件的组织和性能，是一种适用于高品质铸件生产的绿色化、智能化铸造方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一方面提供一种基于时空冷却精确控制的智能铸造方法，包括步骤：

对铸型进行镂空，使所述铸型为壳型结构；

对铸件和镂空的铸型进行铸造过程数值模拟，初始状态下镂空铸型表面为空气自然对流边界条件；

根据所述数值模拟结果，确定第I类铸件受控单元和第II类铸件受控单元；

根据所述第I类铸件受控单元和第II类铸件受控单元分别确定第I类铸型受控单元和第II类铸型受控单元，根据所述第I类铸型受控单元和第II类铸型受控单元分别确定第I类铸型受控单元受控表面和第II类铸型受控单元受控表面；

对铸件和镂空铸型重新进行铸造过程数值模拟，根据数值模拟结果确定第II类铸型受控单元受控表面的控制条件和第I类铸型受控单元受控表面的控制条件；

根据所述第I类铸型受控单元受控表面的控制条件和第II类铸型受控单元受控表面的控制条件采取控制冷却措施，实现设定的强冷边界条件。

优选所述确定第I类铸件受控单元和第II类铸件受控单元包括步骤：

根据模拟结果中的铸件温度分布，标记铸件内部温度最高点单元为热节单元，标记为第I类铸件受控单元；

计算铸件表面单元上下两个方向的温度梯度以及上下两个方向的温度梯度的乘积，如果所述乘积0，则标记对应表面单元为第II类铸件受控单元。

优选所述铸件表面单元上下两个方向的温度梯度分别为G1和G2，所述G1和G2的计算公式为：