基于测温单元定位的砂型铸造精确测温方法技术

本发明专利技术公开了基于测温单元定位的砂型铸造测温方法。该方法包括：(1)利用限位块、热电偶和型砂制作测温单元：(1‑1)限位块包括定位槽，通过将热电偶插入定位槽，并利用型砂在限位块外表面进行填砂造型，以便在限位块的外表面上形成砂块；使型砂硬化，得到测温单元前体；(1‑2)将限位块从测温单元前体中取出，在原限位块位置填入型砂，以便形成测温面；使型砂硬化，得到测温单元；(2)利用测温单元和型砂制作铸型；(3)利用铸型进行砂型铸造，在砂型铸造进行的过程中，利用热电偶对待测温界面进行测温。该方法借助限位块和砂块制作测温单元，可对型砂中的测温热电偶进行精确定位，从而实现砂型铸造过程中温度场变化的精确测定。

Precise Temperature Measurement Method for Sand Mould Casting Based on Temperature Measurement Unit Location

【技术实现步骤摘要】
基于测温单元定位的砂型铸造精确测温方法
本专利技术涉及砂型铸造工艺领域，具体而言，本专利技术涉及基于测温单元定位的砂型铸造精确测温方法。
技术介绍
在铸造过程中，高温金属液充填型腔，在铸型的冷却作用下逐渐凝固，形成实际应用的零件。铸件在凝固过程中可能会形成缩孔、缩松、偏析等各种缺陷，这些缺陷的产生很大程度上取决于铸件和铸型之间的换热行为。确定铸件-铸型界面的换热行为，获得界面换热系数随时间的变化规律，可以预测铸件的整个凝固过程，从而预测缺陷产生、指导工艺优化、提高铸件质量。为了精确确定铸件-铸型界面的换热行为，获得铸件和铸型内部的温度场分布和演化是首要条件。砂型铸造由于存在型砂易流动、会溃散等问题，热电偶不易精确定位。砂型铸造过程中如何精确地安置热电偶一直是技术难点，尤其是对于形状复杂的铸件。已有研究表明，热电偶定位位置的微小变化造成的测温误差会对界面系数的确定带来较大影响，甚至影响了铸件最终温度场预测的可靠性。由于砂型铸造过程中热电偶精确定位的困难，当前的研究中，特别是在计算机辅助制造等技术中，大多是假设界面换热系数为常数，这种近似忽略了金属液充填过程中造成的水汽蒸发，以及凝固过程中由于温度变化造成的铸件、铸型材料热物性参数随温度变化所带来的影响，降低了研究结果的准确性。因此，只有精确地测定砂型铸造过程中的温度场变化，获得界面换热系数随温度的变化规律，才能实现高精度的凝固过程数值模拟。然而，现有的对砂型铸造测温方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出基于测温单元定位的砂型铸造测温方法。该方法借助限位块和砂块制作测温单元，可对型砂中的测温热电偶进行精确定位，从而实现砂型铸造过程中温度场变化的精确测定。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种基于测温单元定位的砂型铸造测温方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)利用限位块、热电偶和型砂制作测温单元：(1-1)所述限位块包括定位槽，通过将所述热电偶插入所述定位槽，并利用所述型砂在所述限位块外表面进行填砂造型，以便在所述限位块的外表面上形成砂块；使所述型砂硬化，得到测温单元前体；(1-2)将所述限位块从所述测温单元前体中取出，在原所述限位块位置填入所述型砂，以便形成测温面；使所述型砂硬化，得到所述测温单元；(2)利用所述测温单元和所述型砂制作铸型；(3)利用所述铸型进行砂型铸造，在所述砂型铸造进行的过程中，所述测温面与待测温界面相接触，利用所述热电偶对所述待测温界面进行测温。根据本专利技术实施例的基于测温单元定位的砂型铸造测温方法，首先将热电偶插入限位块的定位槽中，再通过对限位块外表面进行填砂造型，型砂硬化后所形成的砂块可将热电偶的位置固定，从而避免测温过程中热电偶位置发生变化。后续从砂块中取出限位块，并在原限位块位置填入型砂形成测温面，型砂硬化后得到测温单元。进而将测温单元放入型砂中与铸型一起制作，使测温单元的测温面紧贴木模(填砂造型过程中木模位置即为型腔)，铸型制作完成后，测温单元也定位完成。此时，热电偶测温端点与测温单元测温面的距离即为测温端点到待测温界面(铸件-铸型界面)的距离，即实现了热电偶的精确定位。进一步地，在砂型铸造进行的过程中，利用位于精确位置的热电偶采集并记录相应位置的温度变化，可进一步提高铸件温度场预测的可靠性。另外，根据本专利技术上述实施例的基于测温单元定位的砂型铸造测温方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述定位槽包括多个。在本专利技术的一些实施例中，所述定位槽的深度根据所述热电偶相距所述待测温界面的距离确定。在本专利技术的一些实施例中，所述定位槽的内径大于所述热电偶的直径0.5～1.5mm。在本专利技术的一些实施例中，所述测温单元中的测温面与所述待测温界面贴合。在本专利技术的一些实施例中，所述限位块的正面设有所述定位槽，所述限位块的背面还设有螺纹孔。在本专利技术的一些实施例中，所述螺纹孔包括多个。在本专利技术的一些实施例中，所述螺纹孔为M4螺纹孔。在本专利技术的一些实施例中，所述型砂与所述铸型的材质相同。在本专利技术的一些实施例中，所述热电偶包括测温端点和延伸段，所述测温端点位于所述延伸段的一端，所述延伸段包括至少一个弯折部。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的限位块的结构示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的限位块的剖面结构示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的测温单元的结构示意图；图4是根据本专利技术一个实施例的测温单元相对铸件的位置示意图；图5是根据本专利技术一个实施例的测温单元相对铸件另一视角的位置示意图；图6是实施例1中所采用的限位块的尺寸示意图；图7是实施例1中所采用的限位块的剖面尺寸示意图；图8显示了实施例1中的温度采集结果。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。专利技术人在对砂型铸造工艺中砂型温度场测量方法的研究中发现，砂型铸造由于存在型砂易流动、会溃散等问题，热电偶不易精确定位。砂型铸造过程中如何精确地安置热电偶一直是技术难点，尤其是对于形状复杂的铸件。已有研究表明，热电偶定位位置的微小变化造成的测温误差会对界面系数的确定带来较大影响，甚至影响了铸件最终温度场预测的可靠性。由于砂型铸造过程中热电偶精确定位的困难，当前的研究中，特别是在计算机辅助制造等技术中，大多是假设界面换热系数为常数，这种近似忽略了金属液充填过程中造成的水汽蒸发，以及凝固过程中由于温度变化造成的铸件、铸型材料热物性参数随温度变化所带来的影响，降低了研究结果的准确性。在砂型铸造过程中，热电偶的精确定位是指热电偶导线的测温端点距铸件-铸型界面的距离始终保持不变，热电偶测温端点采集的温度能实时反映该位置的温度变化。具体包含两方面内容，第一要保证热电偶的初始定位准确可靠，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于测温单元定位的砂型铸造测温方法，其特征在于，包括：(1)利用限位块、热电偶和型砂制作测温单元：(1‑1)所述限位块包括定位槽，通过将所述热电偶插入所述定位槽，并利用所述型砂在所述限位块外表面进行填砂造型，以便在所述限位块的外表面上形成砂块；使所述型砂硬化，得到测温单元前体；(1‑2)将所述限位块从所述测温单元前体中取出，在原所述限位块位置填入所述型砂，以便形成测温面；使所述型砂硬化，得到所述测温单元；(2)利用所述测温单元和所述型砂制作铸型；(3)利用所述铸型进行砂型铸造，在所述砂型铸造进行的过程中，所述测温面与待测温界面相接触，利用所述热电偶对所述待测温界面进行测温。

【技术特征摘要】
1.一种基于测温单元定位的砂型铸造测温方法，其特征在于，包括：(1)利用限位块、热电偶和型砂制作测温单元：(1-1)所述限位块包括定位槽，通过将所述热电偶插入所述定位槽，并利用所述型砂在所述限位块外表面进行填砂造型，以便在所述限位块的外表面上形成砂块；使所述型砂硬化，得到测温单元前体；(1-2)将所述限位块从所述测温单元前体中取出，在原所述限位块位置填入所述型砂，以便形成测温面；使所述型砂硬化，得到所述测温单元；(2)利用所述测温单元和所述型砂制作铸型；(3)利用所述铸型进行砂型铸造，在所述砂型铸造进行的过程中，所述测温面与待测温界面相接触，利用所述热电偶对所述待测温界面进行测温。2.根据权利要求1所述的砂型铸造测温方法，其特征在于，所述定位槽包括多个。3.根据权利要求1所述的砂型铸造测温方法，其特征在于，所述定位槽的深度根据所述热...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昂，郭志鹏，熊守美，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11