一种薄壁铜合金水表壳体铸造工艺的计算机辅助设计方法技术

本发明专利技术涉及一种薄壁铜合金水表壳体铸造工艺的计算机辅助设计方法，包括以下步骤：设计零件；设计模具；模具建模；铸造模拟分析；铸造模拟分析结果显示；优化设计结果；工艺参数优化分析；工艺参数模拟分析结果显示；优化工艺参数结果；加工模具；生产检验；还包括结构优化和参数优化。该设计方法能够提高铸件的质量，使铸件的铸造缺陷满足结构要求，以及大大缩短新产品的试制时间，减少试制成本。

A Computer Aided Design Method for Casting Process of Thin-walled Copper Alloy Watermeter Shell

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁铜合金水表壳体铸造工艺的计算机辅助设计方法
本专利技术涉及一种薄壁铜合金水表壳体铸造工艺的计算机辅助设计方法。
技术介绍
近年来在能源和水资源的全球性日益匮乏的形势下，随着法制计量的不断完善，全社会对水计量的要求越来越高。水表作为一种测量生产和生活用水计量的仪表，其性能的好坏直接影响着水计量的精准度。水表壳体是容纳水和计量齿轮装置的型腔，因而表壳材质和性能就起着至关重要的作用。然而，在实际设计生产中，因为随着水表的型号用途不一样，水表壳体的结构尺寸也会不一样，在随后的设计生产中，铸件极易出现缩孔缩松、浇不足等缺陷；另外在实际使用中，水表壳体的还需承受水压试验5Mpa而不发生变形和泄漏，故对其强度和硬度有一定要求。传统的铸造设计过程一般采用试错法，即根据传统经验进行试制，然后分析水表壳体铸件质量，并通过反复改进设计的方法，最终的到正确的工艺，但这样极易造成人力、物力和时间上的浪费，对于水表壳体铸造设计缺乏一种科学有效的设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种薄壁铜合金水表壳体铸造工艺的计算机辅助设计方法，该设计方法能够提高铸件的质量，使铸件的铸造缺陷满足结构要求，以及大大缩短新产品的试制时间，减少试制成本。本专利技术的技术方案在于：一种薄壁铜合金水表壳体铸造工艺的计算机辅助设计方法，包括以下步骤：（1）设计零件：按照设计要求进行铜合金水表壳体的结构进行设计，对铜合金水表壳体的外壳厚度进行薄壁优化；（2）设计模具：根据已经设计好的铜合金水表壳体的结构进行模具的设计；（3）模具建模：初步建立铜合金水表壳体铸件的实体模型，并对建立的实体模型进行网格划分，生成用于铸造模拟的铜合金水表壳体的有限元模型；（4）铸造模拟分析：调用铜合金水表壳体的有限元模型，进行铜合金水表壳体铸件的铸造数值模拟；（5）铸造模拟分析结果显示：对铸造模拟分析结果进行后处理，获得铜合金水表壳体铸件的铸造缺陷分布图、流场、温度场和应力场；（6）优化设计结果：根据铸造模拟分析的结果显示步骤中获得的结果，对铜合金水表壳体的各种铸造缺陷进行综合分析，优化模具设计，从而获得最后的薄壁铜合金水表壳体的模型；（7）工艺参数优化分析：根据上述的最后优化结果的薄壁铜合金水表壳体模型，设置正交实验，对铸造工艺参数中浇注温度、浇注时间、模具温度和倾转角度进行铸造模拟分析；（8）工艺参数模拟分析结果显示：对不同工艺参数铸造模拟分析结果进行后处理，获得不同工艺参数下的缺陷分布图、流场、温度场和应力场；（9）优化工艺参数结果：根据工艺参数模拟分析结果显示步骤中获得的结果，对铜合金水表壳体的各种缺陷、流场和温度场进行综合分析，得出最优的加工工艺参数；（10）加工模具：根据模具设计结果，进行模具加工；（11）生产检验：根据得出的最优工艺参数和加工好的模具进行实际生产并检验。进一步地，所述步骤（2）中模具的设计包括浇注系统、冒口及排气系统的设计。进一步地，所述浇注系统采用阶梯式浇注，在铸件进水口处开始补充浇道；在铜合金水表壳体的密封圈处、进出水口处和调节套筒处设置冒口。进一步地，所述步骤（3）中，根据步骤（2）中铜合金水表壳体的结构、浇注系统和冒口，初步建立铜合金水表壳体铸件的实体模型。进一步地，还包括结构优化和参数优化，根据铸造模拟分析结果显示结果和工艺参数模拟分析结果显示，综合判断初步设计的铜合金浇冒系统和工艺参数是否需要优化，若需要优化，则由设计人员根据需要优化的目标修改铸件结构或工艺参数，将修改后的铸件结构或工艺参数生成新的有限元模型，重复铸造数值模拟分析步骤、铸造模拟分析结果显示和设计结果优化步骤，以求获得最佳的铜合金水表壳体的铸造工艺。与现有技术相比较，本专利技术具有以下优点：该计算机辅助设计方法能够提高铸件的质量，使铸件的铸造缺陷满足结构要求，以及大大缩短新产品的试制时间，减少试制成本附图说明图1为本专利技术的结构原理示意框图；图2为本专利技术的铜合金水表壳体零件的结构示意图；图3为本专利技术的铜合金水表壳体铸件的初步设计结构示意图；图4为本专利技术的铜合金水表壳体铸件初步设计的铸造数值模拟分析结果反映缩孔缩松缺陷的示意图；图5为本专利技术的铜合金水表壳体铸件结构优化后铸造数值模拟分析结果反映缩孔缩松缺陷的示意图；图6为本专利技术的铜合金水表壳体铸件工艺参数优化后铸造数值模拟分析结果反映缩孔缩松缺陷的示意图。具体实施方式为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本专利技术并不限于此。参考图1至图6一种薄壁铜合金水表壳体铸造工艺的计算机辅助设计方法，包括以下步骤：（1）设计零件：按照设计要求进行铜合金水表壳体的结构进行设计，对铜合金水表壳体的外壳厚度进行薄壁优化，如图2所示；（2）设计模具：根据已经设计好的铜合金水表壳体的结构进行模具的设计，模具的设计包括浇注系统、冒口及排气系统的设计，浇注系统采用阶梯式浇注，在铸件进水口处开始补充浇道；在铜合金水表壳体的密封圈处、进出水口处和调节套筒处设置冒口；（3）模具建模：根据步骤（2）中铜合金水表壳体的结构、浇注系统和冒口，初步建立铜合金水表壳体铸件的实体模型，并对建立的实体模型进行网格划分，生成用于铸造模拟的铜合金水表壳体的有限元模型；（4）铸造模拟分析：调用铜合金水表壳体的有限元模型，进行铜合金水表壳体铸件的铸造数值模拟；（5）铸造模拟分析结果显示：对铸造模拟分析结果进行后处理，获得铜合金水表壳体铸件的铸造缺陷分布图、流场、温度场和应力场；参见图3，可以看出，铸件密封圈处的缩孔缩松缺陷已经大部分转移到边冒口，说明边冒口的补缩作用非常明显；在顶部进水口处的缩孔缩松在添加环状冒口明显变小，但却因为冒口与进水口处连接的补缩通道提前冷却而导致未能彻底消除缩孔缩松缺陷；底部出水口处的缩孔缩松分布与顶部出水口处类似；调节套筒处在添加保温冒口后，缩孔缩松缺陷大部分已往冒口处转移，只留有小部分在调节套筒处，因为冒口的补缩作用，调节套筒处余留的缩孔缩松缺陷也极其靠近冒口；（6）优化设计结果：根据铸造模拟分析的结果显示步骤中获得的结果，对铜合金水表壳体的各种铸造缺陷进行综合分析，优化模具设计，从而获得最后的薄壁铜合金水表壳体的模型；针对图4所示，缩孔缩松缺陷分布图，可以看出冒口的补缩能力还是有所不足，而进出水口和调节套筒处都为环状结构，所以在铸件上靠近冒口的一端向着冒口逐渐增加其壁厚，从铸件结构上造成一个楔形壁，形成一个朝向冒口的逐渐递增的温度梯度，从而大大的增加冒口的有效补缩距离。优化模具设计后，重复模具建模、铸造模拟分析结果显示步骤、模具设计结果优化步骤，得到优化后的缩孔缩松分布如图5所示；（7）工艺参数优化分析：根据上述的最后优化结果的薄壁铜合金水表壳体模型，设置正交实验，对铸造工艺参数中浇注温度、浇注时间、模具温度和倾转角度进行铸造模拟分析；（8）工艺参数模拟分析结果显示：对不同工艺参数铸造模拟分析结果进行后处理，获得不同工艺参数下的缺陷分布图、流场、温度场和应力场；（9）优化工艺参数结果：根据工艺参数模拟分析结果显示步骤中获得的结果，对铜合金水表壳体的各种缺陷、流场和温度场进行综合分析，得出最优的加工工艺参数；（10）加工模具：根据模具设计结果，进行模具加工；（11）生产检验：根据得出的最优工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄壁铜合金水表壳体铸造工艺的计算机辅助设计方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）设计零件：按照设计要求进行铜合金水表壳体的结构进行设计，对铜合金水表壳体的外壳厚度进行薄壁优化；（2）设计模具：根据已经设计好的铜合金水表壳体的结构进行模具的设计；（3）模具建模：初步建立铜合金水表壳体铸件的实体模型，并对建立的实体模型进行网格划分，生成用于铸造模拟的铜合金水表壳体的有限元模型；（4）铸造模拟分析：调用铜合金水表壳体的有限元模型，进行铜合金水表壳体铸件的铸造数值模拟；（5）铸造模拟分析结果显示：对铸造模拟分析结果进行后处理，获得铜合金水表壳体铸件的铸造缺陷分布图、流场、温度场和应力场；（6）优化设计结果：根据铸造模拟分析的结果显示步骤中获得的结果，对铜合金水表壳体的各种铸造缺陷进行综合分析，优化模具设计，从而获得最后的薄壁铜合金水表壳体的模型；（7）工艺参数优化分析：根据上述的最后优化结果的薄壁铜合金水表壳体模型，设置正交实验，对铸造工艺参数中浇注温度、浇注时间、模具温度和倾转角度进行铸造模拟分析；（8）工艺参数模拟分析结果显示：对不同工艺参数铸造模拟分析结果进行后处理，获得不同工艺参数下的缺陷分布图、流场、温度场和应力场；（9）优化工艺参数结果：根据工艺参数模拟分析结果显示步骤中获得的结果，对铜合金水表壳体的各种缺陷、流场和温度场进行综合分析，得出最优的加工工艺参数；（10）加工模具：根据模具设计结果，进行模具加工；（11）生产检验：根据得出的最优工艺参数和加工好的模具进行实际生产并检验。...

【技术特征摘要】
1.一种薄壁铜合金水表壳体铸造工艺的计算机辅助设计方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）设计零件：按照设计要求进行铜合金水表壳体的结构进行设计，对铜合金水表壳体的外壳厚度进行薄壁优化；（2）设计模具：根据已经设计好的铜合金水表壳体的结构进行模具的设计；（3）模具建模：初步建立铜合金水表壳体铸件的实体模型，并对建立的实体模型进行网格划分，生成用于铸造模拟的铜合金水表壳体的有限元模型；（4）铸造模拟分析：调用铜合金水表壳体的有限元模型，进行铜合金水表壳体铸件的铸造数值模拟；（5）铸造模拟分析结果显示：对铸造模拟分析结果进行后处理，获得铜合金水表壳体铸件的铸造缺陷分布图、流场、温度场和应力场；（6）优化设计结果：根据铸造模拟分析的结果显示步骤中获得的结果，对铜合金水表壳体的各种铸造缺陷进行综合分析，优化模具设计，从而获得最后的薄壁铜合金水表壳体的模型；（7）工艺参数优化分析：根据上述的最后优化结果的薄壁铜合金水表壳体模型，设置正交实验，对铸造工艺参数中浇注温度、浇注时间、模具温度和倾转角度进行铸造模拟分析；（8）工艺参数模拟分析结果显示：对不同工艺参数铸造模拟分析结果进行后处理，获得不同工艺参数下的缺陷分布图、流场、温度场和应力场；（9）优化工艺参数结果：根据工艺参数模拟分析结果显示步骤中获得的结果，对铜合金水表壳体的各种缺陷、流场和温度场进行综合分...

【专利技术属性】
技术研发人员：林有希，郑开魁，陈颖昭，楼敏，刘磊，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35