[发明专利]一种基于集成计算与数据驱动的铸造冒口设计方法

说明书

本发明提供一种基于集成计算与数据驱动的铸造冒口设计方法，包括：S1，实验设计并按照设计进行模拟浇注；S2，搭建响应数据库；S3，建立响应面近似模型；S4，优化响应面近似模型，得到优化设计参数。本发明中冒口尺寸基于数据驱动的仿真模拟计算智能优化得到，铸件得到充分补缩时冒口体积最小，冒口内缩松离上端面的距离最小，出品率最高。本发明可明显消除铸件缩松缺陷，提高铸件质量，提升工艺出品率；同时以数据为基础，利用智能优化算法，建立近似模型，极大加速自动寻优过程，提高了计算精度和降低了计算成本，可用于铸造新工艺开发，可用于泵壳、叶轮、阀体、高温合金机匣等铸造产品制造领域。

技术领域

本发明涉及航空制造技术领域，具体地，涉及一种用于高温合金薄壁环形机匣铸件数据驱动的铸造冒口设计方法、电子设备以及介质。

背景技术

自上世纪中后期以来，我国的高温合金熔模精密铸造技术迅猛发展，后劲十足。航空发动机的叶片、压气机环、涡轮盘、轴、燃烧室、加力燃烧室部件、高温合金紧固件等多种部件均采用高温合金材料。高温合金在航空产业之所以如此著名，是因为其长期在高温条件下具有良好的抗氧化性、抗蠕变性和持久强度。航空发动机高温合金热端铸件的研发和精密铸造长期依赖于大量经验积累和简单循环试错为特征的“经验寻优”方式，孤岛控制、科学性差、偶然性大，因而造成设计周期长和产品合格率低。国外经过多年的数据积累、集成计算材料工程、材料基因工程与先进制造计划2040的研究，已取得领先优势。为了缩短与国外先进水平的差距，我国迫切需要转变传统的研发模式，发展引领我国航空发动机构件铸造水平实现跨越式进步的新原理。目前，基于数据驱动的智能铸造研究与应用方面仍处于起步阶段。走数据驱动的复杂铸造系统尺寸误差精密调控的智能铸造技术与路线，是中国航空发动机高温合金铸件精密成型换道超车的必由之路。因此，针对航空发动机复杂薄壁铸件，开展集成计算与数据驱动的智能化理论方法与技术的研究，对加快实现“两机专项”和“中国制造2025”的战略目标，提升自主创新、自主保障能力，赶超国际先进水平具有重大的战略意义。

经过对现有技术检索发现，中国专利文献号CN107590315A，公布日期2018.1.16，公开了一种非对称冒口设计方法，该方法现将设计好的浇注系统导入模拟软件，模拟浇注过程，分析对称冒口缺陷，然后添加非对称冒口，通过多次改变在一个方向上的偏移量及非对称冒口尺寸，多次模拟浇注过程，最终获得尺寸较小的非对称冒口。该技术结构复杂，需要反复模拟铸造过程，设计周期长、成本高，智能优化算法尚未开发，“经验+试错法”明显等不足之处。

发明内容

针对传统冒口尺寸设计依据半经验公式模数法与反复试验的问题，本发明的目的是提供一种基于集成计算与数据驱动的铸造冒口设计方法、电子设备及介质。

本发明第一方面，提供一种基于数据驱动的高温合金铸造冒口设计方法，包括：

S1：实验设计并按照设计进行模拟浇注

以铸造过程中的浇注参数作为输入参数，以冒口内缩松到上端面的距离和铸件工艺出品率作为输出，设计多组铸造数值模拟Box-Behnken实验方案；所述浇注参数包括冒口高度、冒口直径、合金浇注温度和型壳温度；

搭建集成计算平台，将设计好的浇注系统三维模型导入所述集成计算平台，在所述集成计算平台中设置好网格划分、材料属性和浇注参数，再按照所述铸造数值模拟Box-Behnken实验方案自动进行模拟浇注，自动计算冒口内缩松到铸件上端面的距离和工艺出品率作为模拟结果；

S2：搭建响应数据库

根据S1的模拟结果，搭建实验输入与输出之间的响应数据库；

S3：建立响应面近似模型

在所述集成计算平台中，以S1中的所述输入参数作为影响因素，以铸件中的冒口内缩松到铸件上端面距离和铸件工艺出品率为考核指标，建立考核指标与影响因素之间的响应面近似模型，考察影响因素与考核指标之间的权重关系，分析工艺参数与考核目标的贡献度；