[发明专利]一种基于节点位移传递的熔模精密铸件反变形设计方法

说明书

本发明提供一种基于节点位移传递的熔模精密铸件反变形设计方法，包括：在仿真分析软件中进行蜡模注射成型模拟，导出蜡模翘曲变形的STL文件，将蜡模翘曲变形的STL文件导入铸造模拟软件进行浇注凝固过程模拟，导出铸件节点位移STL文件，计算最近邻节点，根据最近邻节点计算铸件与初始几何网格文件对应所有节点位置法向量方向的变形量；根据实际熔模铸造过程扫描点云文件计算节点位移，扫描获得蜡模成型后的点云文件和铸件的点云文件，计算出所有节点位移；最后将模拟结果或者实际结果的位移矢量反加到初始几何获得反变形后的几何模型。本发明能够实现在不同工序中全节点位移的传递，在模拟和实验中均能获得精确的反变形设计，实现铸件尺寸的精确控制。

技术领域

本发明涉及熔模铸造中尺寸变形控制技术领域，具体地，涉及一种基于节点位移传递的熔模精密铸件反变形设计方法。

背景技术

熔模铸造工艺是制造高温合金热端零部件如机匣、叶片的主要技术，在这类铸件铸造生产过程中，蜡模收缩及变形、型壳蠕变变形、合金凝固冷却变形都是造成铸件尺寸精度误差的重要因素，蜡模收缩和凝固变形在生产过程的测量上较为困难。目前采用模拟仿真手段准确获得铸件不同位置所需的反变形量进行反变形的虚拟设计，而利用商业软件进行集成实现工艺的连续存在技术难题，在多道次加工过程中，传递的数据不仅仅是零件本身的物理场，而且还包括外部边界条件和初始条件。同时，各种软件的离散单元形式也是不同的。铸件的同一尺寸在各个工序中可能存在增大或减小，确定尺寸在整个流程中变化是技术难点。激光3D扫描仪可以获得铸件在各个生产环节的点云文件，合理的利用多种算法可以实现铸件的全流程全尺寸传递。

无论是传统的“试错法”还是目前的“数值法”，其主要思路都是通过产品误差数据的正向和反向传递来降低，设计过程是一个闭环的过程。由于尺寸数据在多流程中难以传递，大多数反变形设计依赖于经验设计，在模具的设计上给定放缩。

经过检索发现：

授权公告号为CN110842147B的中国发明专利，公开了一种闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法，包括下列步骤：(1)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的曲盖板的浇注口内壁面周向设置工艺补正量c；(2)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板靠近浇注口的一端外表面周向设置工艺补正量b；(3)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板上靠近叶轮出口处的周向设置工艺补正量a；(4)设计熔模精密铸造模时，对叶轮整体尺寸预先放大；(5)按照步骤(1)、(2)、(3)、(4)修正闭式叶轮后的尺寸进行熔模精密铸造模的加工。本发明方法有效解决了闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸精度差的问题，提高了产品水力学性能指标，节省了产品试制周期，降低了制造成本。但是该发明仍然存在如下问题：补偿量依据经验进行设置，尺寸精度控制存在不足。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于节点位移传递的熔模精密铸件反变形设计方法，采用计算多流程的铸件位移场传递，可以直接计算出反变型后的模具几何模型，为模具的精准设计依据。

根据本发明的一个方面，提供一种基于节点位移传递的熔模精密铸件反变形设计方法，包括：

S1、对铸件的三维几何模型划分网格得到初始几何网格文件，将初始几何网格文件导入仿真分析软件设定参数进行蜡模注射成型模拟，导出蜡模翘曲变形的STL文件；将蜡模翘曲变形的STL文件导入铸造模拟软件设定参数进行浇注凝固模拟，导出铸件节点位移STL文件；

S2、将所述蜡模翘曲变形的STL文件和所述铸件节点位移STL文件导入数值计算软件，计算变形几何节点对应初始几何网格文件中的最近邻节点，根据所述最近邻节点计算所述初始几何网格文件中所有节点位置铸件法向量方向的变形量；

S3、将所述铸件法向量方向的变形量反加到与之对应的初始几何节点处，确定反变形后的STL格式三维几何模型；