專利名稱：一種鑄件局部區(qū)域模數(shù)的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄件局部區(qū)域模數(shù)的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
合理的鑄造工藝設(shè)計(jì)對于生產(chǎn)合格質(zhì)量的鑄件至關(guān)重要。冒口是在鑄型內(nèi)人為設(shè) 置的貯存金屬液的結(jié)構(gòu)體，用以補(bǔ)償鑄件形成過程中可能產(chǎn)生的收縮，起到防止鑄件產(chǎn)生 縮松、縮孔等鑄造缺陷的作用，是鑄造工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。鑄件整體或者局部區(qū)域的模數(shù) 是冒口設(shè)計(jì)、計(jì)算過程中的關(guān)鍵參數(shù)。 鑄件的模數(shù)(M)被定義為鑄件體積(V)與散熱面面積(A)的比值，即M = V/A。對 于鑄件整體模數(shù)的計(jì)算，鑄件所有表面都是散熱面，即散熱面面積等于鑄件表面積；而對于 鑄件局部區(qū)域，其表面有一部分位于鑄件中，不能向鑄件外傳熱，屬于非散熱面，所以其散 熱面面積等于局部區(qū)域表面積減去非散熱面面積。 對于鑄件局部區(qū)域模數(shù)的計(jì)算，以往研究多使用手工指示或者估計(jì)的方法來指定 非散熱面，使用不夠方便且精度不高，沒有形成簡潔、有效的非散熱面面積自動計(jì)算方法， 因此目前還沒有成熟的局部區(qū)域模數(shù)自動計(jì)算方法或公式。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種鑄件局部區(qū)域模數(shù)計(jì)算的方法，該方 法可自動對鑄件局部區(qū)域的模數(shù)進(jìn)行精確計(jì)算，從而提高鑄造工藝設(shè)計(jì)精度，提高最終鑄 件的生產(chǎn)質(zhì)量。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種鑄件局部區(qū)域模數(shù)的計(jì)算方法，它的步驟為 1)在三維CAD軟件中，完成鑄件的三維建模； 2)利用CAD軟件表面積計(jì)算功能計(jì)算鑄件模型表面積A#ft ; 3)在三維CAD軟件中，利用建模功能做一包容體，利用包容體與鑄件模型相交的 部分確定需要計(jì)算模數(shù)的局部區(qū)域； 4)對鑄件模型和包容體作布爾交運(yùn)算得到交運(yùn)算結(jié)果模型，該交運(yùn)算結(jié)果模型等 同于需要求算模數(shù)的鑄件局部區(qū)域，利用CAD軟件表面積計(jì)算功能計(jì)算交運(yùn)算結(jié)果模型的 表面積A《，利用CAD軟件體積計(jì)算功能計(jì)算交運(yùn)算結(jié)果模型的體積V《；
5)利用布爾差運(yùn)算功能，將鑄件模型減去包容體模型得到差運(yùn)算結(jié)果模型，利用 CAD軟件表面積計(jì)算功能計(jì)算差運(yùn)算結(jié)果模型的表面積As ; 6)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，利用式子(A《+A^-A^"/2求得鑄件局部區(qū)域非散熱面面積， 進(jìn)而利用式子A《-(A《+A^-A劑"/2求得鑄件局部區(qū)域的散熱面積； 7)判斷A交-(A交+A差-A劑牛)/2的值是否為0，如果為0，那么所計(jì)算的局部區(qū)域完 全位于鑄件內(nèi)部，沒有散熱面不能求得模數(shù)，結(jié)束；如果不為O，那么利用公式M局部二 V《/ [A《-(A《+A^-A禱件)/2]求得局部區(qū)域的模數(shù)；
8)根據(jù)計(jì)算出的局部區(qū)域模數(shù)M;^，完成冒口設(shè)計(jì)；
9)對鑄造模具進(jìn)行機(jī)械加工。 所述包容體為三維幾何形狀，它與鑄件模型有相交部分，且相交部分為要計(jì)算模 數(shù)的鑄件局部區(qū)域。 本發(fā)明方法的鑄件局部區(qū)域模數(shù)計(jì)算公式為M局部二V交/[A交-(A交+A差-A鑄件)/2]， 可以精確計(jì)算鑄件局部區(qū)域的模數(shù)。其中上述公式中的項(xiàng)(A《+A^-A，件)/2用來計(jì)算鑄件 非散熱面的面積，即局部區(qū)域在鑄件內(nèi)部的面的面積；實(shí)現(xiàn)了鑄件局部區(qū)域非散熱面面積 的自動計(jì)算，是本發(fā)明的核心內(nèi)容。 在局部區(qū)域模數(shù)計(jì)算過程中，對鑄件模型和包容體進(jìn)行了布爾交和布爾差運(yùn)算， 通過計(jì)算交運(yùn)算結(jié)果模型的體積V《和表面積A《，得到鑄件局部區(qū)域的體積和總表面積； 利用式子(A《+A^-A^"/2判定非散熱面面積，進(jìn)而求得局部區(qū)域的散熱面面積A《-(A交 +八差4鑄件)/2 ;根據(jù)鑄件模數(shù)的定義M = V/A，得到鑄件局部區(qū)域模數(shù)計(jì)算公式M局部二 V交/ [A交—(A交+A差—A鑄件)/2]。 本發(fā)明的有益效果是合理的鑄造工藝設(shè)計(jì)對于生產(chǎn)合格質(zhì)量的鑄件至關(guān)重要。 冒口是在鑄型內(nèi)人為設(shè)置的貯存金屬液的結(jié)構(gòu)體，用以補(bǔ)償鑄件形成過程中可能產(chǎn)生的收 縮，起到防止鑄件產(chǎn)生縮松、縮孔等鑄造缺陷的作用，是鑄造工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。鑄件整 體或者局部區(qū)域的模數(shù)是冒口、設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵參數(shù)，而針對鑄件局部區(qū)域的模數(shù)計(jì)算 還沒有非常有效的方法。本文提出的方法能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。利用本文提供的算法 和計(jì)算步驟可以精確地計(jì)算鑄件中局部區(qū)域的模數(shù)，進(jìn)而提高冒口設(shè)計(jì)的精度，使鑄造模 具實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)最優(yōu)，最終實(shí)現(xiàn)防止鑄件缺陷、提高鑄件生產(chǎn)質(zhì)量的效果。同時，該算法易于在 三維CAD軟件中編程實(shí)現(xiàn)，可以以該算法為基礎(chǔ)進(jìn)行鑄造工藝CAD系統(tǒng)-冒口設(shè)計(jì)模塊的 開發(fā)。該冒口設(shè)計(jì)模塊不僅能夠提高冒口設(shè)計(jì)的精度和效率，并且隨著在鑄造企業(yè)的推廣 能夠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是鑄件模型、包容體和布爾交運(yùn)算結(jié)果模型、布爾差運(yùn)算結(jié)果模型示例圖；
圖2是鑄件局部區(qū)域模數(shù)計(jì)算過程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 圖1中，Al為鑄件模型、A2為包容體、A3為鑄件模型和包容體作布爾差運(yùn)算(鑄
件模型減包容體)結(jié)果模型、A4為鑄件模型和包容體作布爾交運(yùn)算結(jié)果模型。 針對圖l，將使用本文提出的算法計(jì)算立方體鑄件頂點(diǎn)處以立方體邊長為直徑的
1/8球這一局部區(qū)域的模數(shù)。 1)在三維CAD軟件中，利用建模功能，完成鑄件A1的三維建模；鑄件Al為一邊長 為10cm的立方體； 2)利用CAD軟件表面積計(jì)算功能計(jì)算鑄件Al表面積A#ft= 600cm2 ; 3)為了確定需要計(jì)算模數(shù)的鑄件局部區(qū)域，做一球體A2作為包容體；該球體以立
方體頂點(diǎn)為球心，球的直徑為10cm。
4)鑄件模型和包容體作布爾交運(yùn)算得到交運(yùn)算結(jié)果模型A4，該交運(yùn)算結(jié)果模型 等同于需要求算模數(shù)的鑄件局部區(qū)域，其表面積A交二 98. 0554cm2，體積V交二 65. 4442cm3 ;
5)鑄件模型減去包容體模型得到差運(yùn)算結(jié)果模型A3，求得其表面積A^二 580.2457cm2 ; 6)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可利用式子(A《+A^-A^"/2求得該局部區(qū)域的非散熱面面積 為39. 15055 112，進(jìn)而利用式子A交-(A交+A差-A鑄件)/2求得散熱面面積為58. 90485cm2 ; [OO32] 7)A交-(A交+A差-A鑄件)/2的值不為O，那么利用公式 M局部二 V交/[A交-(A交+A差-A鑄件)/2]求得局部區(qū)域的模數(shù)M局部二 1. 1110cm ; 8)根據(jù)該局部區(qū)域的模數(shù)，完成冒口設(shè)計(jì)； 9)對鑄造模具進(jìn)行機(jī)械加工。 圖2中，本發(fā)明的方法為 1)在三維CAD軟件中，完成鑄件的三維建模； 2)利用CAD軟件表面積計(jì)算功能計(jì)算鑄件模型表面積A; 3)在三維CAD軟件中，利用建模功能做一包容體，利用包容體與鑄件模型相交的 部分確定需要計(jì)算模數(shù)的局部區(qū)域； 4)對鑄件模型和包容體作布爾交運(yùn)算得到交運(yùn)算結(jié)果模型，該交運(yùn)算結(jié)果模型等 同于需要求算模數(shù)的鑄件局部區(qū)域，利用CAD軟件表面積計(jì)算功能計(jì)算交運(yùn)算結(jié)果模型的 表面積A《，利用CAD軟件體積計(jì)算功能計(jì)算交運(yùn)算結(jié)果模型的體積V《；
5)利用布爾差運(yùn)算功能，將鑄件模型減去包容體模型得到差運(yùn)算結(jié)果模型，利用 CAD軟件表面積計(jì)算功能計(jì)算差運(yùn)算結(jié)果模型的表面積As ; 6)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，利用式子(A《+A^-A^^)/2求得鑄件局部區(qū)域非散熱面面積，
進(jìn)而利用式子A《-(A《+A^-A劑"/2求得鑄件局部區(qū)域的散熱面積； 7)判斷A交-(A交+A差-A鑄件)/2的值是否為0，如果為0，那么所計(jì)算的局部區(qū)域完
全位于鑄件內(nèi)部，沒有散熱面不能求得模數(shù)，結(jié)束；如果不為O，那么利用公式M局部二 V《/求得局部區(qū)域的模數(shù)； 8)根據(jù)計(jì)算出的局部區(qū)域模數(shù)M員^，完成冒口設(shè)計(jì)； 9)對鑄造模具進(jìn)行機(jī)械加工。
權(quán)利要求
一種鑄件局部區(qū)域模數(shù)的計(jì)算方法，其特征是，它的步驟為1)在三維CAD軟件中，完成鑄件的三維建模；2)利用CAD軟件表面積計(jì)算功能計(jì)算鑄件模型表面積A鑄件；3)在三維CAD軟件中，利用建模功能做一包容體，利用包容體與鑄件模型相交的部分確定需要計(jì)算模數(shù)的局部區(qū)域；4)對鑄件模型和包容體作布爾交運(yùn)算得到交運(yùn)算結(jié)果模型，該交運(yùn)算結(jié)果模型等同于需要求算模數(shù)的鑄件局部區(qū)域，利用CAD軟件表面積計(jì)算功能計(jì)算交運(yùn)算結(jié)果模型的表面積A交，利用CAD軟件體積計(jì)算功能計(jì)算交運(yùn)算結(jié)果模型的體積V交；5)利用布爾差運(yùn)算功能，將鑄件模型減去包容體模型得到差運(yùn)算結(jié)果模型，利用CAD軟件表面積計(jì)算功能計(jì)算差運(yùn)算結(jié)果模型的表面積A差；6)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，利用式子(A交+A差-A鑄件)/2求得鑄件局部區(qū)域非散熱面面積，進(jìn)而利用式子A交-(A交+A差-A鑄件)/2求得鑄件局部區(qū)域的散熱面積；7)判斷A交-(A交+A差-A鑄件)/2的值是否為0，如果為0，那么所計(jì)算的局部區(qū)域完全在鑄件內(nèi)，沒有散熱面不能求得模數(shù)，結(jié)束；如果不為0，那么利用公式M局部＝V交/[A交-(A交+A差-A鑄件)/2]求得局部區(qū)域的模數(shù)；8)根據(jù)計(jì)算出的局部區(qū)域模數(shù)M局部，完成冒口設(shè)計(jì)；9)對鑄造模具進(jìn)行機(jī)械加工。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鑄件局部區(qū)域模數(shù)的計(jì)算方法。首先使用三維CAD軟件對鑄件進(jìn)行三維建模，然后在CAD軟件中做一三維幾何形狀，該幾何形狀與鑄件有相交部分，且相交部分為要計(jì)算模數(shù)的局部區(qū)域，即使用該三維幾何形狀選中鑄件的局部區(qū)域，在本發(fā)明中稱該三維幾何形狀為包容體，則由包容體和鑄件相交確定的局部區(qū)域的模數(shù)計(jì)算公式為M局部＝V交/[A交-(A交+A差-A鑄件)/2]，其中M局部是鑄件局部區(qū)域的模數(shù)；V交是鑄件模型和包容體做布爾交運(yùn)算得到的結(jié)果模型的體積；A交是鑄件模型和包容體做布爾交運(yùn)算得到的結(jié)果模型的表面積；A差是鑄件模型和包容體做布爾差運(yùn)算(鑄件模型減去包容體)得到的結(jié)果模型的表面積；A鑄件是鑄件模型的表面積。
文檔編號G06F17/50GK101727528SQ200910256569
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者孫玉成, 張凱, 徐巖, 田學(xué)雷, 鄭洪亮 申請人:山東大學(xué)