一种反重力铸造铸件结构分析系统及方法

1.本发明涉及铸件铸造技术领域，特别涉及一种反重力铸造铸件结构分析系统及方法。


背景技术：

2.通常，铸件的结构较为复杂，依据常见的铸件结构类型，可将铸件分为高筒类、壳体类、盘轴类、支架类铸件。传统的浇注方法是利用重力浇注，然而因使用要求会在铸件上设计较多的厚薄部位，导致传统重力浇注过程中容易出现浇不足、冷隔等铸造冶金缺陷，同时由于传统浇注方法主要受重力作用，从而导致浇注不可控。
3.随着技术的发展，反重力浇注应用而生，反重力浇注工艺中，压力是与铸件自身几何结构关系较大的参数，铸件不同的几何部位需要匹配相应的浇注压力以进行充型。现有反重力铸造工艺中，缺乏浇注铸件几何特征之间的关系，使得反重力铸造工艺的智能化设计出现一定困难，不同的铸件均需要人工调整工艺，进而导致铸件的铸造成本高。


技术实现要素：

4.本发明目的是为了解决现有反重力铸造铸件方法还存在无法获得铸件几何特征之间的关系，从而难以实现反重力铸造工艺智能化设计以及铸造成本高的问题，而提出了一种反重力铸造铸件结构分析系统及方法。
5.一种反重力铸造铸件结构分析系统，包括：图形文件获取模块、铸件剖分模块、截面积曲线获取模块、相对截面积曲线获取模块、结构分析模块；
6.所述图形文件获取模块：获取铸件图形文件；
7.所述铸件剖分模块：为铸件图形文件建立剖分坐标系，并利用剖分坐标系剖分铸件图形；
8.所述截面积曲线获取模块：获取剖分后的铸件图形各截面的截面积，并绘制截面积曲线；
9.所述相对截面积曲线获取模块：获取剖分后的铸件图形各截面的截面轮廓面积，然后将当前截面的截面积与当前截面的截面轮廓面积的比值作为相对截面积，并绘制相对截面积曲线；
10.所述结构分析模块：利用截面积曲线和相对截面积曲线分析铸件图形。
11.进一步地，所述系统还包括：铸件特征结构参数集获取模块；
12.所述铸件结构参数集获取模块：利用截面积曲线和相对截面积曲线获得多种尺寸的铸件参数，所有铸件参数构成铸件结构参数集。
13.进一步地，所述铸件图形的类型包括：高筒类、壳体类、盘轴类、支架类。
14.进一步地，所述为铸件图形文件建立剖分坐标系采用ug软件实现；
15.所述剖分坐标系为正坐标系。
16.进一步地，所述利用剖分坐标系剖分铸件图形，具体为：
17.首先，根据浇注位置将剖分坐标系的x、y或z轴作为剖分轴；
18.然后，定义剖分间距，根据剖分间距和剖分轴对铸件图形进行剖分。
19.进一步地，剖分后的铸件图形，若一个截面上有多个独立面积，则当前截面的截面积为多个独立面积之和。
20.进一步地，所述剖分后的铸件图形各截面的截面轮廓面积为：以剖分轴为起点作矩形，包含当前截面的最小矩形的面积。
21.一种反重力铸造铸件结构分析方法，用于执行一种反重力铸造铸件结构分析系统，包括以下步骤：
22.步骤一、获取铸件图形文件；
23.所述铸件图形的结构类型包括：高筒类、壳体类、盘轴类、支架类；
24.步骤二、为铸件图形文件建立剖分坐标系，并利用剖分坐标系剖分铸件图形；
25.步骤二一、将铸件图形文件输入到ug软件中，建立剖分坐标系；
26.所述剖分坐标系为正坐标系；
27.步骤二二、利用剖分坐标系剖分铸件图形，具体为：
28.首先，根据浇注位置将剖分坐标系的x、y或z轴作为剖分轴；
29.然后，定义剖分间距，根据剖分间距和剖分轴对铸件图形进行剖分；
30.步骤三、获取剖分后的铸件图形各截面的截面积，并绘制截面积曲线；
31.其中，若一个截面上有多个独立面积，则当前截面的截面积为多个独立面积之和。
32.步骤四、获取剖分后的铸件图形各截面的截面轮廓面积，然后将当前截面的截面积与当前截面的截面轮廓面积的比值作为相对截面积，并绘制相对截面积曲线。
33.进一步地，所述方法还包括：获取铸件参数结构集：
34.利用截面积曲线和相对截面积曲线获得多种尺寸的铸件参数，所有铸件参数构成铸件结构参数集。
35.进一步地，所述步骤四中的剖分后的铸件图形各截面的截面轮廓面积为：以剖分轴为起点作矩形，包含当前截面的最小矩形的面积。
36.本发明的有益效果为：
37.本发明首先读取铸件三维图形文件，根据图形剖分要求直接分析铸件的几何结构特征参数，输出图形特征曲线，根据图形特征曲线能够获得浇注压力与铸件几何特征之间的关系以及反重力铸造工艺铸件特征结构的参数集。本发明铸件结构分析方法简单，对复杂铸件也能进行简单化处理，计算方便；本发明针对不同几何特征的铸件通过剖析铸件的几何特征，获得了与铸件不同几何特征相匹配的浇注工艺，最终形成反重力铸造工艺参数数据库，能够快速分析新铸件的几何结构特征参数，便于后续新铸件的工艺调用，能够对一个新铸件或者相似铸件做出后续浇注工艺的推荐，从而辅助实现反重力铸造工艺的智能化设计，降低铸件的铸造成本。同时本发明可靠易行。
附图说明
38.图1(a)为铸件图形非正坐标系；
39.图1(b)为铸件图形正坐标系；
40.图2为铸件图形文件坐标系更改示意图；
41.图3为铸件结构特征参数分析结果图；
42.图4(a)为高筒类铸件示意图；
43.图4(b)为壳体类铸件示意图；
44.图4(c)为盘轴类铸件示意图；
45.图4(d)为支架类铸件示意图。
具体实施方式
46.具体实施方式一：本实施方式一种反重力铸造铸件结构分析系统，包括：图形文件获取模块、铸件剖分模块、截面积曲线获取模块、相对截面积曲线获取模块、结构分析模块；
47.所述图形文件获取模块：获取铸件图形文件；
48.所述铸件的结构类型包括：高筒类、壳体类、盘轴类、支架类，如图4(a)-(d)所示；
49.所述铸件剖分模块：对铸件图形文件中的铸件进行剖分，具体为：
50.步骤一、将铸件图形输入到ug软件中为铸件图形构建wcs坐标系(剖分坐标系)：
51.如图2所示，在nx-ug的“格式”中选择“wcs”(工作坐标系)下拉菜单，点击“动态”调整功能；动态调整坐标系角度和原点位置，使变更为需要的坐标位置，然后右键点击窗口空白处，“确定”更改；如果确定更改后，坐标未发生变化，双击坐标系，在弹出的“基准csys”窗口中，将参考改为“wcs”，完成坐标系更改。剖分坐标系应为正坐标(不与坐标系呈夹角)，即确保剖分轴不与基准坐标系呈角度，图1(a)为调整前的坐标系，图1(b)为调整后的坐标系；
52.步骤二、选择wcs坐标系中的x、y或z轴作为剖分方向轴，按照预设剖分间距，对铸件图形进行剖分：
53.定义剖分间距(每隔多少mm进行一个截面的剖分)；为了将图形结构分析数据与工艺设计参数建立联系，需要根据铸件实际设计的浇注位置定义剖分方向坐标轴，即，将设计浇注位置的竖直方向(重力方向)定义为剖分方向。
54.所述截面积曲线获取模块：获取剖分后铸件的各截面的截面积，并绘制截面积曲线；
55.对于复杂结构剖分截面后，可能存在一个截面上出现多个独立面积的情况，多个独立面积的总面积即为截面积(实际值)。
56.所述相对截面积曲线获取模块：获取每个截面的截面轮廓面积，然后获取当前截面的截面积与当前截面的截面轮廓面积的比值即相对截面积，并绘制相对截面积曲线：
57.所述当前截面的截面轮廓面积为：对于复杂结构剖分后，截面积形状不规则，或出现多个分散截面，可以按照剖分坐标轴作矩形，能够包含所有截面的最小矩形面积即视作截面轮廓面积。
58.结构分析模块：利用截面积曲线和相对截面积曲线对铸件分析；
59.剖分计算完成后，软件界面显示截面积变化曲线和相对截面积比变化曲线，点击曲线上任意位置，可显示该点数据值，如图3所示。
60.具体实施二：所述系统还包括：铸件特征结构参数集获取模块；
61.所述铸件特征结构参数集获取模块：利用截面积曲线和相对截面积曲线获取铸件结构参数集；
62.改变铸件特征几何尺寸，每类基本结构形成10个铸件。针对这些铸件，设计浇注系
统和浇注工艺参数，并通过数值模拟对工艺设计进行优化，确定最佳方案。对应浇注工艺参数和铸件特征几何尺寸如表1-表4所示，其中d是铸件直径，h是铸件高度，a、b、c是铸件的三维尺寸。
63.表1桶类铸件尺寸及浇注工艺参数
[0064][0065]
表2壳体类铸件尺寸及浇注工艺参数
[0066][0067]
表3盘轴类铸件尺寸及浇注工艺参数
[0068][0069]
表4支架类铸件尺寸及浇注工艺参数
[0070][0071]
反重力铸造工艺通过调整浇注压力(克服重力)可以较好的进行复杂铸件的充型，以减少铸件铸造缺陷。同时，压力的可调性使得反重力铸造工艺的智能化设计变得易行。其中，浇注压力是与铸件自身几何结构关系较大的参数，铸件不同的几何部位需要匹配相应的浇注压力以进行充型，通过剖析铸件的几何特征，可以获得与铸件不同几何特征相匹配
的浇注工艺，最终形成反重力铸造工艺参数数据库，便于后续新铸件的工艺调用，降低铸件的铸造成本。本发明通过使用在后台启动ug软件读取铸件三维图形文件，根据图形剖分要求直接分析铸件的几何结构特征参数，输出图形特征曲线，根据图形特征曲线最终形成反重力铸造工艺铸件特征结构的参数集。
[0072]
具体实施方式三：一种反重力铸造铸件结构分析方法，包括以下步骤：
[0073]
s1、获取铸件图形文件；
[0074]
所述铸件图形的结构类型包括：高筒类、壳体类、盘轴类、支架类；
[0075]
s2、为铸件图形文件建立剖分坐标系，并利用剖分坐标系剖分铸件图形；
[0076]
s21、将铸件图形文件输入到ug软件中，建立剖分坐标系；
[0077]
所述剖分坐标系为正坐标系；
[0078]
s22、利用剖分坐标系剖分铸件图形，具体为：
[0079]
首先，根据浇注位置将剖分坐标系的x、y或z轴作为剖分轴；
[0080]
然后，定义剖分间距，根据剖分间距和剖分轴对铸件图形进行剖分；
[0081]
s3、获取剖分后的铸件图形各截面的截面积，并绘制截面积曲线；
[0082]
其中，若一个截面上有多个独立面积，则当前截面的截面积为多个独立面积之和。
[0083]
s4、获取剖分后的铸件图形各截面的截面轮廓面积，然后将当前截面的截面积与当前截面的截面轮廓面积的比值作为相对截面积，并绘制相对截面积曲线；
[0084]
剖分后的铸件图形各截面的截面轮廓面积为：以剖分轴为起点作矩形，能够包含当前截面的最小矩形的面积。
[0085]
s5、获取铸件参数结构集：
[0086]
利用截面积曲线和相对截面积曲线获得多种尺寸的铸件参数，所有铸件参数构成铸件结构参数集。

技术特征：
1.一种反重力铸造铸件结构分析系统，其特征在于所述系统包括：图形文件获取模块、铸件剖分模块、截面积曲线获取模块、相对截面积曲线获取模块、结构分析模块；所述图形文件获取模块：获取铸件图形文件；所述铸件剖分模块：为铸件图形文件建立剖分坐标系，并利用剖分坐标系剖分铸件图形；所述截面积曲线获取模块：获取剖分后的铸件图形各截面的截面积，并绘制截面积曲线；所述相对截面积曲线获取模块：获取剖分后的铸件图形各截面的截面轮廓面积，然后将当前截面的截面积与当前截面的截面轮廓面积的比值作为相对截面积，并绘制相对截面积曲线；所述结构分析模块：利用截面积曲线和相对截面积曲线分析铸件图形。2.根据权利要求1所述的一种反重力铸造铸件结构分析系统，其特征在于：所述系统还包括：铸件特征结构参数集获取模块；所述铸件结构参数集获取模块：利用截面积曲线和相对截面积曲线获得多种尺寸的铸件参数，所有铸件参数构成铸件结构参数集。3.根据权利要求1或2所述的一种反重力铸造铸件结构分析系统，其特征在于：所述铸件图形的类型包括：高筒类、壳体类、盘轴类、支架类。4.根据权利要求3所述的一种反重力铸造铸件结构分析系统，其特征在于：所述为铸件图形文件建立剖分坐标系采用ug软件实现；所述剖分坐标系为wcs坐标系，为正坐标系。5.根据权利要求4所述的一种反重力铸造铸件结构分析系统，其特征在于：所述利用剖分坐标系剖分铸件图形，具体为：首先，根据浇注位置将剖分坐标系的x、y或z轴作为剖分轴；然后，定义剖分间距，根据剖分间距和剖分轴对铸件图形进行剖分。6.根据权利要求5所述的一种反重力铸造铸件结构分析系统，其特征在于：剖分后的铸件图形，若一个截面上有多个独立面积，则当前截面的截面积为多个独立面积之和。7.根据权利要求6所述的一种反重力铸造铸件结构分析系统，其特征在于：所述剖分后的铸件图形各截面的截面轮廓面积为：以剖分轴为起点作矩形，包含当前截面的最小矩形的面积。8.一种反重力铸造铸件结构分析方法，用于执行如权利要求1-7任一项所述的一种反重力铸造铸件结构分析系统，其他在于：所述方法包括以下步骤：步骤一、获取铸件图形文件；所述铸件图形的结构类型包括：高筒类、壳体类、盘轴类、支架类；步骤二、为铸件图形文件建立剖分坐标系，并利用剖分坐标系剖分铸件图形；步骤二一、将铸件图形文件输入到ug软件中，建立剖分坐标系；所述剖分坐标系为正坐标系；步骤二二、利用剖分坐标系剖分铸件图形，具体为：首先，根据浇注位置将剖分坐标系的x、y或z轴作为剖分轴；然后，定义剖分间距，根据剖分间距和剖分轴对铸件图形进行剖分；
步骤三、获取剖分后的铸件图形各截面的截面积，并绘制截面积曲线；其中，若一个截面上有多个独立面积，则当前截面的截面积为多个独立面积之和。步骤四、获取剖分后的铸件图形各截面的截面轮廓面积，然后将当前截面的截面积与当前截面的截面轮廓面积的比值作为相对截面积，并绘制相对截面积曲线。9.根据权利要求8所述的一种反重力铸造铸件结构分析方法，其特征在于：所述方法还包括：获取铸件参数结构集：利用截面积曲线和相对截面积曲线获得多种尺寸的铸件参数，所有铸件参数构成铸件结构参数集。10.根据权利要求9所述的一种反重力铸造铸件结构分析方法，其特征在于：所述步骤四中的剖分后的铸件图形各截面的截面轮廓面积为：以剖分轴为起点作矩形，包含当前截面的最小矩形的面积。

技术总结
一种反重力铸造铸件结构分析系统及方法，涉及铸件铸造技术领域。本发明是为了解决现有反重力铸造铸件方法还存在无法获得浇注压力与铸件几何特征之间的关系，难以实现反重力铸造工艺智能化设计以及铸造成本的问题。本发明，包括：获取铸件；为铸件建立剖分坐标系，并剖分铸件；获取剖分后的铸件截面的截面积，绘制截面积曲线；获取剖分后的铸件各截面的截面轮廓面积，将当前截面的截面积与当前截面的截面轮廓面积的比值作为相对截面积，并绘制相对截面积曲线；利用截面积曲线和相对截面积曲线分析铸件。利用截面积曲线和相对截面积曲线获得铸件参数。本发明用于分析铸件结构。本发明用于分析铸件结构。本发明用于分析铸件结构。


技术研发人员：张伦勇 赵信毅 高瑞帅 曹福洋 沈红先 孙剑飞
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/14