[发明专利]一种非轴对称复杂铸件砂型铸造过程中冒口的设计方法

摘要

一种非轴对称复杂铸件砂型铸造过程中冒口的设计方法，涉及一种砂型铸造过程中冒口的设计方法。本发明的方法为：一、得到缩松缺陷分布特征；二、对于聚集分布、处于下部砂型中的缩松缺陷采用单一冒口；三、对于离散分布、处于下部砂型中的缩松缺陷的冒口尺寸的计算；四、对于集中分布、处于上部砂型中的缩松缺陷采用单一冒口；五、对于离散分布、处于上部砂型中的缩松缺陷的冒口尺寸的计算；六、根据由下向上顺序冷却方式，将内浇口进行适当移动，内浇口位置设计在非轴对称复杂铸件质量均分处，即完成非轴对称复杂铸件砂型铸造过程中冒口的设计。本发明应用于砂型铸造领域。

主权项

一种非轴对称复杂铸件砂型铸造过程中冒口的设计方法，其特征在于非轴对称复杂铸件砂型铸造过程中冒口的设计方法是按以下步骤进行：一、得到缩松缺陷分布特征：采用传统铸造工艺中制定的冒口尺寸、个数和位置，进行铸件铸造过程三维充型过程和三维传热过程的计算机仿真，由等温线闭合区域为缩松产生区，同时根据缩松率大于0.7％即为缩松缺陷的标准，显示缩松缺陷在铸件内的分布；二、对于聚集分布、处于下部砂型中的缩松缺陷采用单一冒口(1)当缩松缺陷所处空间所对应铸件外表面为规则面时，采用外切圆柱将缩松缺陷包裹，采用热节圆柱法计算冒口尺寸；热节圆柱的模数$M_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}}=\frac{r_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}}{h}_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}}}{2(r_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}}+h_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}})},$其中，r_{rejie‑cylinder}为热节圆柱底面半径，h_{rejie‑cylinder}为热节圆柱高，单位均为米；冒口上限模数M_{maokou‑cylinder‑max}＝1.1M_{rejie‑cylinder}；冒口上限直径$d_{\mathrm{maokou}-\max -1}=\frac{M_{\mathrm{maokou}-\mathrm{cylinder}-\max }}{0.178};$热节圆柱的体积$V_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}}=\mathrm{\π}{r}_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}}^2{h}_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}},$若小于5×10^‑5m³，采用补缩液量法计算冒口下限尺寸，冒口下限直径其中，η为凝固收缩率，其中，ρ_s为固相密度，ρ_l为液相密度；冒口直径$d_{\mathrm{maokou}-1}=\frac{({\mathrm{\αd}}_{\mathrm{maokou}-\min -1}+{\mathrm{\βd}}_{\mathrm{maokou}-\max -1})}{(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})},$α和β为大于1的整数且β＞α；冒口高度h_maokou‑1＝1.2d_maokou‑1；若大于5×10^‑5m³，冒口直径d_maokou‑1＝d_{maokou‑max‑1}，冒口高度h_maokou‑1＝1.2d_maokou‑1；(2)当缩松缺陷所处空间所对应铸件外表面为非规则面时，采用外切球将缩松缺陷包裹，采用热节球法计算冒口尺寸；热节球的模数其中，r_{rejie‑sphere}为热节球半径，单位均为米；冒口上限模数M_{maokou‑sphere‑max}＝1.1M_{rejie‑sphere}；冒口上限直径$d_{\mathrm{maokou}-\max -2}=\frac{M_{\mathrm{maokou}-\mathrm{sphere}-\max }}{0.178};$热节球的体积若小于5×10^‑5m³，采用补缩液量法计算冒口下限尺寸，冒口下限直径其中η为凝固收缩率，其中，ρ_s为固相密度，ρ_l为液相密度；冒口直径$d_{\mathrm{maokou}-2}=\frac{({\mathrm{\αd}}_{\mathrm{maokou}-\min -2}+{\mathrm{\βd}}_{\mathrm{maokou}-\max -2})}{(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})},$α和β为大于1的整数且β＞α；冒口高度h_maokou‑2＝1.2d_maokou‑2；若大于5×10^‑5m³，冒口直径d_maokou‑2＝d_{maokou‑max‑2}，冒口高度h_maokou‑2＝1.2d_maokou‑2；三、对于离散分布、处于下部砂型中的缩松缺陷的冒口尺寸的计算当所处空间所对应铸件外表面为规则面的缩松缺陷，共N1个缩松缺陷，对于每一个缩松缺陷，采用步骤二(1)中所述方法计算冒口模数M_{maokou‑cylinder‑3‑i}、冒口直径d_{maokou‑cylinder‑3‑i}和冒口高度h_{maokou‑cylinder‑3‑i}，i取值1～N1；当所处空间所对应铸件外表面为非规则面的缩松缺陷，共N2个缩松缺陷，对于每一个缩松缺陷，采用步骤二(2)中所述方法计算冒口模数M_{maokou‑sphere‑3‑j}、冒口直径d_{maokou‑sphere‑3‑j}和冒口高度h_{maokou‑sphere‑3‑j}，j取值1～N2；若相邻冒口之间最短距离小于0.01m，将这些冒口合并为一个整体冒口。整体冒口模数$M_{\mathrm{maokou}-\mathrm{all}-3}={({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_1}{M}_{\mathrm{maokou}-\mathrm{cylinder}-3-i}^2+{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{N_2}{M}_{\mathrm{maokou}-\mathrm{sphere}-3-j})}^{1/2},$整体冒口直径整体冒口高度h_{maokou‑all‑3}＝1.2d_{maokou‑all‑3}；四、对于集中分布、处于上部砂型中的缩松缺陷采用单一冒口(1)当缩松缺陷所处空间所对应铸件外表面为规则面时，采用外切圆柱将缩松缺陷包裹，采用热节圆柱法计算冒口尺寸；热节圆柱的模数$M_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}-\mathrm{up}}=\frac{r_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}-\mathrm{up}}{h}_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}-\mathrm{up}}}{2(r_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}-\mathrm{up}}+h_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}-\mathrm{up}})},$其中，r_{rejie‑cylinder‑up}为热节圆柱底面半径，h_{rejie‑cylinder‑up}为热节圆柱高，单位均为米；冒口上限模数M_{maokou‑cylinder‑up‑max}＝1.1M_{rejie‑cylinder‑up}；冒口上限直径$d_{\mathrm{maokou}-\max -4}=\frac{M_{\mathrm{maokou}-\mathrm{cylinder}-\mathrm{up}-\max }}{0.178};$热节圆柱的体积$V_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}-\mathrm{up}}=\mathrm{\π}{r}_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}-\mathrm{up}}^2{h}_{\mathrm{rejie}-\mathrm{cylinder}-\mathrm{up}},$若小于5×10^‑5m³，采用补缩液量法计算冒口下限尺寸，冒口下限直径其中η为凝固收缩率，其中，ρ_s为固相密度，ρ_l为液相密度；冒口直径$d_{\mathrm{maokou}-4}=\frac{({\mathrm{\αd}}_{\mathrm{maokou}-\min -4}+{\mathrm{\βd}}_{\mathrm{maokou}-\max -4})}{(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})},$α和β为大于1的整数且β＞α,冒口高度h_maokou‑4＝1.2d_maokou‑4；若大于5×10^‑5m³，冒口直径d_maokou‑4＝d_{maokou‑max‑4}，冒口高度h_maokou‑4＝1.2d_maokou‑4；冒口的顶端面应与上部砂箱的顶端面平齐，所以设计延伸高度h_{maokou‑yanshen‑4}，若添加延伸高度h_{maokou‑yanshen‑4}前后，冒口与铸件交接面处最长凝固时间相差不超过100s，则最终冒口高度为冒口高度h_maokou‑4和延伸高度h_{maokou‑yanshen‑4}之和；否则，最终冒口高度为冒口高度h_maokou‑4；(2)当缩松缺陷所处空间所对应铸件外表面为非规则面时，采用外切球将缩松缺陷包裹，利用热节球法计算冒口尺寸；热节球的模数其中，r_{rejie‑sphere‑up}为热节球半径，单位均为米；冒口上限模数M_{maokou‑sphere‑up‑max}＝1.1M_{rejie‑sphere‑up}；冒口上限直径$d_{\mathrm{maokou}-\max -5}=\frac{M_{\mathrm{maokou}-\mathrm{sphere}-\mathrm{up}-\max }}{0.178};$热节球的体积若小于5×10^‑5m³，采用补缩液量法计算冒口下限尺寸，冒口下限直径其中，η为凝固收缩率，其中ρ_s为固相密度，ρ_l为液相密度；冒口直径$d_{\mathrm{maokou}-5}=\frac{({\mathrm{\αd}}_{\mathrm{maokou}-\min -5}+{\mathrm{\βd}}_{\mathrm{maokou}-\max -5})}{(\mathrm{\α}+\mathrm{\β})},$α和β为大于1的整数且β＞α,冒口高度h_maokou‑5＝1.2d_maokou‑5；若大于5×10^‑5m³，冒口直径d_maokou‑5＝d_{maokou‑max‑5}，冒口高度h_maokou‑5＝1.2d_maokou‑5；冒口的顶端面应与上部砂箱的顶端面平齐，所以设计延伸高度h_{maokou‑yanshen‑5}，若添加延伸高度h_{maokou‑yanshen‑5}前后，冒口与铸件交接面处最长凝固时间相差不超过100s，则最终冒口高度为冒口高度h_maokou‑5和延伸高度h_{maokou‑yanshen‑5}之和；否则，最终冒口高度为冒口高度h_maokou‑5；五、对于离散分布、处于上部砂型中的缩松缺陷的冒口尺寸的计算当所处空间所对应铸件外表面为规则面的缩松缺陷，共N3个缩松缺陷，对于每一个缩松缺陷，采用步骤二(1)中所述方法计算冒口模数M_{maokou‑cylinder‑6‑k}、冒口直径d_{maokou‑cylinder‑6‑k}和冒口高度h_{maokou‑cylinder‑6‑k}，k取值1～N3；当所处空间所对应铸件外表面为非规则面的缩松缺陷，共N4个缩松缺陷，对于每一个缩松缺陷，采用步骤二(2)中所述方法计算冒口模数M_{maokou‑sphere‑6‑t}、冒口直径d_{maokou‑sphere‑6‑t}和冒口高度h_{maokou‑sphere‑6‑t}，t取值1～N4；若相邻冒口之间最短距离小于0.01m，将这些冒口合并为一个整体冒口，整体冒口模数$M_{\mathrm{maokou}-\mathrm{all}-6}={({\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{N_3}{M}_{\mathrm{maokou}-\mathrm{cylinder}-6-k}^2+{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^{N_4}{M}_{\mathrm{maokou}-\mathrm{sphere}-6-t})}^{1/2},$整体冒口直径整体冒口高度h_{maokou‑all‑6}＝1.2d_{maokou‑all‑6}；冒口的顶端面最好应与上部砂箱的顶端面平齐，所以设计延伸高度h_{maokou‑yanshen‑6}，若添加延伸高度h_{maokou‑yanshen‑6}前后，冒口与铸件交接面处最长凝固时间相差不超过100s，则最终冒口高度为冒口高度h_{maokou‑all‑6}和延伸高度h_{maokou‑yanshen‑6}之和；否则，最终冒口高度为冒口高度h_{maokou‑all‑6}；六、根据由下向上顺序冷却方式，将内浇口进行适当移动，内浇口位置设计在非轴对称复杂铸件质量均分处，即完成非轴对称复杂铸件砂型铸造过程中冒口的设计。