一种消失模铸造工艺造型系统的制作方法

本发明涉及铸造工艺，具体是涉及一种消失模铸造工艺造型系统。

背景技术：

1、消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。在消失模铸造的造型工序中，干砂填充的密实度直接影响铸件的尺寸精度和表面质量，若填充不密实，浇注过程中容易出现砂型塌落、铸件变形或表面粘砂等缺陷。

2、现有消失模造型设备通常采用固定的振动参数（固定频率、固定振幅）进行干砂填充，操作人员凭借经验判断填充是否完成并启动真空抽气。这种方式存在以下不足：一是干砂在砂箱不同区域的填充状态存在差异，尤其是泡沫模型存在薄壁、深腔或复杂结构的部位，干砂难以均匀填充，而固定振动参数无法针对这些区域进行差异化激励；二是填充密实度缺乏实时、定量的评估手段，操作人员只能依据经验或事后检测判断，无法在填充过程中及时调整工艺参数；三是真空抽气的启动时机依赖人工判断，过早抽气可能导致干砂尚未充分填充即被固定，过晚抽气则影响生产节拍。对此，我们提出了一种消失模铸造工艺造型系统。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种消失模铸造工艺造型系统，本技术方案解决了上述填充不密实，浇注过程中容易出现砂型塌落、铸件变形或表面粘砂的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种消失模铸造工艺造型系统，

3、包括硬件与控制单元，所述硬件包括泡沫模型、砂箱、振动台、真空抽气装置、加砂机构以及声发射传感器与振动传感器；所述控制单元包括填充状态评估模块、自适应振动控制模块、多模态传感模块与联动控制模块；多模态传感模块用以将两传感器采集的信号经预处理提取声发射特征参数与振动特征参数；

4、填充状态评估模块分别与两传感器信号连接，内置密实度关联模型，其两个映射通道分别输出声发射侧密实度评估值和振动侧密实度评估值，并经多源融合输出砂箱整体密实度指标及各分区局部密实度值；

5、自适应振动控制模块与填充状态评估模块信号连接，根据整体密实度指标、各分区局部密实度值及预存的泡沫模型三维结构信息调整振动台的振动参数；

6、联动控制模块与填充状态评估模块信号连接，在整体密实度指标达到预定阈值时控制真空抽气装置启动。

7、优选地，所述声发射特征参数包括能量计数率、振铃计数率、峰值频率分布质心和上升时间，其中所述能量计数率表征单位时间内声发射信号的能量累积速率，所述振铃计数率表征单位时间内声发射信号越过设定阈值的振荡次数，所述峰值频率分布质心表征声发射信号频谱能量的集中频率位置，所述上升时间表征声发射信号从初始到达至峰值幅度的时间间隔；

8、所述振动特征参数包括加速度均方根值、频域能量比和频谱质心频率，其中所述加速度均方根值表征振动响应信号在时域的强度水平，所述频域能量比表征振动响应信号在不同频段内的能量分布比例，所述频谱质心频率表征振动响应信号频域能量的加权中心位置。

9、优选地，两传感器采集的信号经预处理提取声发射特征参数与振动特征参数过程包括：

10、对声发射信号依次进行带通滤波和小波包分解，提取分解后各频带子信号的能量分布和时域统计量，组成声发射特征参数向量；

11、对振动响应信号依次进行低通滤波和快速傅里叶变换，提取变换后的频域特征参数，组成振动特征参数向量；

12、对声发射特征参数向量和振动特征参数向量分别进行归一化处理。

13、优选地，所述密实度关联模型采用双通道并行结构，包括声发射通道和振动通道，每个通道内部依次包含特征标准化层和非线性映射层；

14、所述声发射通道接收归一化后的声发射特征参数向量，经特征标准化层进行分布对齐后，通过非线性映射层输出声发射侧密实度评估值；

15、所述振动通道接收归一化后的振动特征参数向量，经特征标准化层进行分布对齐后，通过非线性映射层输出振动侧密实度评估值；

16、所述密实度关联模型基于历史填充实验数据离线训练获得，训练时以多模态传感模块采集的历史特征参数作为输入，以对应时刻实际测量的填充密实度作为标签，通过最小化模型输出与标签之间的损失函数迭代优化模型参数。

17、优选地，所述填充状态评估模块执行多源融合时的具体过程为：

18、对声发射侧密实度评估值和振动侧密实度评估值进行一致性检验，计算两侧评估值之间的偏差量；

19、当偏差量不超过预设的一致性阈值时，根据各通道密实度评估值的置信度分配融合权重，进行加权融合得到砂箱整体密实度指标；

20、当偏差量超过预设的一致性阈值时，触发传感器异常标记，并将融合策略切换至保守控制模式，所述保守控制模式下取两侧评估值中的较小值作为砂箱整体密实度指标。

21、优选地，所述填充状态评估模块输出分区密实度指标时的具体过程为：

22、根据泡沫模型的三维结构信息，将砂箱内部填充空间沿泡沫模型表面法向方向划分为若干层监测区域，同时在每层监测区域内沿水平方向划分为若干子区域，形成三维分区网格；

23、将声发射传感器和振动传感器的信号按照各分区对应的空间位置进行划分，分别计算各分区的声发射侧密实度评估值和振动侧密实度评估值，经融合后得到各分区的局部密实度值；

24、将各分区的局部密实度值组合形成密实度空间分布图，所述密实度空间分布图用于反映砂箱内部填充密实度的非均匀程度。

25、优选地，所述根据整体密实度指标、各分区局部密实度值及预存的泡沫模型三维结构信息调整振动台的振动参数的具体过程为：

26、根据泡沫模型的几何复杂度分布，为各分区分别设定目标密实度值，其中几何结构复杂区域的目标密实度值高于几何结构简单区域的目标密实度值；

27、将各分区的实时局部密实度值与对应的目标密实度值进行对比，生成密实度差异图；

28、根据密实度差异图中各分区的密实度差异大小，确定各分区振动参数的调整方向和调整幅度，其中密实度差异越大的分区分配越高的振动能量输入。

29、优选地，所述自适应振动控制模块还包括动态调整振动参数，具体策略包括：

30、频率调整策略：在填充初期采用低频振动以激发大粒径砂粒的共振填充，随着各分区密实度逐步升高，逐渐向高频振动过渡以激发小粒径砂粒进入剩余间隙；

31、振幅调整策略：随着分区密实度的升高逐步降低振幅，避免已密实区域的砂粒过度振动导致泡沫模型表面损伤或变形；

32、振动方向切换策略：根据分区密实度差异在竖直方向和水平方向之间交替切换振动施加方向，其中竖直方向振动用于促进砂粒在重力方向的沉降填充，水平方向振动用于促进砂粒在泡沫模型侧壁周围的横向填充。

33、优选地，所述联动控制模块的具体逻辑为：

34、当砂箱整体密实度指标达到预设的初步密实度阈值时，控制真空抽气装置启动，以第一级真空度对砂箱内部进行抽气；

35、随着填充密实度状态的持续升高，当砂箱整体密实度指标达到预设的完全密实度阈值时，将真空度从第一级切换至第二级进行保持抽气，同时控制加砂机构停止向砂箱内加砂；

36、所述初步密实度阈值低于完全密实度阈值；

37、所述初步密实度阈值和完全密实度阈值的确定方法为：

38、从泡沫模型的三维结构信息中提取壁厚分布、曲率分布和体积-表面积比三个几何特征，按照预设权重加权组合得到本次铸造的基础密实度阈值，其中壁厚分布的权重最大，曲率分布次之，体积-表面积比最小；

39、基于当前使用的干砂的粒径分布和含水率对基础密实度阈值进行砂粒特性修正，粒径分布越宽则修正系数越小，含水率越高则修正系数越大，得到砂粒修正后的密实度阈值；

40、基于前序若干次铸造的历史数据计算历史反馈修正系数，若历史铸造的砂型质量指标持续优于预设的质量基准线则下调阈值，若历史铸造的砂型质量指标出现劣化趋势则上调阈值；

41、最终的初步密实度阈值等于基础密实度阈值与砂粒修正系数和历史反馈修正系数的乘积，所述完全密实度阈值为初步密实度阈值乘以预设的比例系数。

42、优选地，所述加砂机构与自适应振动控制模块联动，所述加砂机构根据各分区的密实度差异动态调节对应区域的加砂量，具体过程为：

43、计算各分区的密实度差异值，所述密实度差异值为对应分区的目标密实度值与实时局部密实度值之差；

44、对于密实度差异值大于零的分区，按照密实度差异值的大小按比例调节加砂速率，密实度差异值越大的分区分配越高的加砂速率；

45、对于密实度差异值降至零或以下的分区，停止对应区域的加砂操作；

46、所述加砂机构包括多个独立控制的加砂出口，各加砂出口分别对应砂箱内部的不同分区区域。

47、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

48、本发明提出本发明通过声发射传感器与振动传感器构成多模态传感模块，分别从干砂颗粒碰撞摩擦和砂箱系统动力学响应两个物理维度采集填充过程信息，经密实度关联模型得到双侧密实度评估值后多源融合，能够实现干砂填充密实度的实时、定量评估，避免了依赖人工经验判断的主观性和滞后性。

49、本发明的填充状态评估模块输出包括整体密实度指标和分区密实度指标在内的两级密实度状态，分区指标能够识别砂箱内局部填充薄弱区域，为差异化振动控制提供依据，有利于解决泡沫模型复杂结构部位填充不均匀的问题。

50、本发明的自适应振动控制模块结合实时填充密实度状态与预存的泡沫模型三维结构信息动态调整振动参数，实现了结构感知的自适应振动激励，能够针对薄壁、深腔等难填充部位采取强化振动策略，有利于提高干砂填充的均匀性和密实度。

51、本发明的联动控制模块在填充密实度状态达到预定阈值时自动启动真空抽气，实现了抽气时机的定量、自动控制，有利于避免人工判断过早或过晚抽气带来的质量风险和效率损失。