【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鑄造鋁合金工藝設計領域，特別是一種能夠實鋁合金鑄造工藝設計所需換熱系數的獲取方法，特別是基于多種鑄造條件下獲取可靠的換熱系數的方法。具體的說，是一種用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化快速獲取凝固溫度區間內的換熱系數的方法。
技術介紹
1、鑄造鋁合金，如鋁（al）-硅（si）、鋁（al）-銅（cu）以及鋁（al）-鋅（zn）等，是鋁合金中應用最廣泛的一類，因其優異的性能而備受青睞。同時，以現有的工藝條件，能夠賦予合金良好的強度、韌性和塑性，能夠承受較大的負荷而不發生脆裂，成為現代制造業中不可或缺的重要材料。
2、在鑄造工藝中，換熱系數是一個關鍵的參數，對鑄件的質量、性能以及生產效率有著深遠的影響。換熱系數定義了材料在熱傳導過程中的能力，具體來說，它表示單位時間內通過單位面積的熱量與溫度差之間的關系。在鑄造過程中，較高的換熱系數可以加速金屬的冷卻，使得鑄件能夠更快地達到固態。冷卻速率的提高不僅有助于縮短生產周期，還能改善鑄件的微觀結構，增強其強度和硬度。但是，與冷卻速度相關的鑄造缺陷也會因高換熱系數而產生。模具設計也需要充分考慮換熱系數。模具的材料、形狀和厚度都會影響熱量的傳導效率。設計師在設計模具時，必須選擇合適的材料和結構，以確保模具能夠有效傳導熱量，避免因過熱導致的模具損壞或因冷卻不均造成的鑄件缺陷。若冷卻速率不均，容易導致裂紋、縮孔等缺陷的產生。通過合理管理換熱系數，可以實現更均勻的冷卻，降低缺陷發生的概率，從而提高鑄件的質量和可靠性。合理的鑄造換熱系數能夠提高鑄造工藝數值模擬和有限元模擬的結論
3、鑄造工藝是一個極其龐大的工藝體系，從使用原材料上可以分為金屬型鑄造、砂型鑄造等，從工藝過程上又可分為重力鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等，再加上新近開發的復合鑄造工藝，使用的原材料和過程控制各不相同，這對工藝模擬與優化、設計時換熱系數的設定上的要求更加嚴格。例如，專利cn203409212公布了一種鋁合金半連續鑄造過程鑄錠與冷卻水之間換熱系數測量裝置；專利cn109856183公布了一種金屬型差壓鑄造固液界面換熱系數的測定方法及裝置；cn112464398公布了針對鑄造過程的四維界面換熱系數模型建立方法。這些方法能夠針對特定鑄造環境，提供了相應的換熱系數測定方法。但是，現代鑄造工藝的流程多樣、環境結構復雜。因此，開發一種快速獲取多種環境的鑄造換熱系數測量方法對于提高鑄造工藝的實用性以及生產效益是必要的。
技術實現思路
1、專利技術目的：為了解決現有技術的不足，本專利技術的目的是提供一種用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置與數據快速獲取方法，通過同時多種環境下凝固溫度區間內的凝固溫度曲線，借助于通用的換熱系數反算模塊，能夠同時獲取多種換熱系數。本專利技術不同于針對特定鑄造工藝環境的換熱系數測定方法，而是一種組合模塊化，集成多種鑄造環境，并能根據相應的環境予以靈便地調整，同時獲得多種環境下的換熱系數。另一方面，由于環境的集成化，縮短了換熱系數的測定時間，提高了工作效率。
2、技術方案：一種用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置，包括4個部分：金屬型/非金屬型模塊i、另一尺寸的金屬型/非金屬型模塊ii、支撐接觸模塊和激冷模塊，余下為澆鑄腔體；
3、各個模塊為根據鑄造環境而定，各個模塊可根據型腔和型芯使用材料進行更換，模塊并非均質整體，而是由多種材料組合而成，模塊可以根據使用材料情況分割成若干區域，各區域間由絕熱層隔開；
4、所述的絕熱層采用絕熱氧化鋯或氧化鋁泡沫陶瓷材料，單層厚度為模塊厚度的5%-10%，絕熱層為工字形，并使用高溫膠與各部分待測材料進行組合，以使各部分間穩定結合，防止熔體漏出；
5、各個模塊上含有測溫傳感器，可根據實際情況使用有線傳感器或無線傳感器以獲取溫度曲線，其中，所述的激冷模塊為單一材料，可以設置1-2個測溫傳感器。
6、一種根據所述的用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置的數據快速獲取方法，包括如下步驟：
7、步驟1、根據布置測定裝置的測溫傳感器的位置，其具體位置為各待測區域厚度方向均勻分布和寬度方向的中部位置，也可根據實際情況調整熱電偶數量，但需間距均勻；
8、步驟2、根據步驟1中測溫傳感器的數量，采用通用溫度采集儀表采集溫度數據；
9、步驟3、進行澆鑄實驗：選取生產需要的鋁合金，熔煉并澆入測溫裝置的腔體，準備采集溫度數據；
10、步驟4、根據步驟3中采集的數據，繪制凝固溫度曲線，同時利用商用軟件提供的反算模塊進行換熱系數計算；
11、步驟5、使用步驟4中的凝固溫度曲線，并利用商用鑄造模擬軟件并根據對流模型及其相應的經驗公式nu=0.023×re0.8pr0.4，nu、re和pr分別為努賽爾數、雷諾數和普朗特數，進行換熱系數計算；
12、步驟6、將步驟5中的反算結果與實驗數據驗證，如不一致，調整經驗公式參數或調整數值計算過程。
13、作為優化：同時獲取多種環境下凝固溫度區間內的凝固溫度曲線，能夠同時獲取多種換熱系數。
14、作為優化：在測試過程中，各待測材料使用絕熱層隔開。
15、作為優化：采用組合模塊化，集成多種鑄造環境，并能根據相應的環境予以靈便地調整，同時獲得多種環境下的換熱系數。
16、作為優化：采用組合模塊化并使用高溫膠與各部分待測材料進行組合。
17、有益效果：本專利技術根據型腔、型芯以及激冷體使用的材料，組成待測模塊，各待測材料使用絕熱泡沫陶瓷隔開，避免了待測材料間熱傳導帶來的溫度誤差，同時采集多種環境下凝固溫度區間內的凝固溫度曲線，并借助于通用的換熱系數反算模塊，獲取多種材料及多種環境下的換熱系數。本專利技術不同于針對特定鑄造工藝環境的換熱系數測定方法，而是一種組合模塊化，集成多種鑄造環境，并能根據相應的環境予以靈便地調整，同時獲得多種環境下的換熱系數。另一方面，由于環境的集成化，縮短了換熱系數的測定時間，提高了工作效率。本專利技術不涉及廢氣、廢水等排放，不會污染環境。
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1.一種用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置，其特征在于：
2.一種根據權利要求1所述的用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置的數據快速獲取方法，其特征在于：包括如下步驟：
3.根據權利要求1所述的用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置的數據快速獲取方法，其特征在于：同時獲取多種環境下凝固溫度區間內的凝固溫度曲線，能夠同時獲取多種換熱系數。
4.根據權利要求1所述的用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置的數據快速獲取方法，其特征在于：在測試過程中，各待測材料使用絕熱層隔開。
5.根據權利要求1所述的用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置的數據快速獲取方法，其特征在于：采用組合模塊化，集成多種鑄造環境，并能根據相應的環境予以靈便地調整，同時獲得多種環境下的換熱系數。
6.根據權利要求1所述的用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置的數據快速獲取方法，其特征在于：采用組合模塊化并使用高溫膠與各部分待測材料進行組合。
【技術特征摘要】
1.一種用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置，其特征在于：
2.一種根據權利要求1所述的用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置的數據快速獲取方法，其特征在于：包括如下步驟：
3.根據權利要求1所述的用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊化測定裝置的數據快速獲取方法，其特征在于：同時獲取多種環境下凝固溫度區間內的凝固溫度曲線，能夠同時獲取多種換熱系數。
4.根據權利要求1所述的用于鑄造鋁合金鑄造換熱系數的組合模塊...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姜廣杰，孟慶占，
申請(專利權)人：江蘇宏德特種部件股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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