本發明涉及一種試驗裝置，特別是涉及一種立式離心鑄造的氣泡運動物理模擬裝置及其模擬鑄型。

背景技術：

鑄件中的氣體對其質量有重要影響，氣體夾雜在鑄件中冷卻后會在鑄件內部形成氣孔，從而顯著降低鑄件的強度和塑性，對鑄件質量產生破壞。氣體在鑄件中有三種存在形態，即1）以“溶液”或“固溶體”的形式存在，這是氣體在合金熔體中的主要存在形式；2）當含量超過其溶解度后以氣泡的形式析出并存在，最終形成氣孔；3）以化合物或絡合態的形式存在。在鈦合金熔體的充型與凝固過程中，氣體運動的狀態及特征直接影響到鈦合金熔體中氣縮孔缺陷的產生與否，對鈦合金鑄件最終組織形態及力學性能等起著重要作用。

高溫下，鈦和鈦合金熔體具有極高的化學活性，氣體在熔化的鈦合金中有很高的溶解度。當鈦合金熔體凝固時，熔體的溫度下降使得溶解在熔體中的氣體逸出并形成氣泡。隨著凝固過程的進行，形成的氣泡有一些析出在固體表面形成表面或表層下氣孔，有的則殘留在鑄件中形成內孔。目前對于鈦合金的立式離心精密鑄造過程孔洞類缺陷的研究很多，但是大多數都是集中在離心鑄造工藝條件下氣動缺陷的最終位置及數量的研究，包括設計合理的鑄件結構和澆注系統來改善氣孔缺陷，工藝參數對鑄件孔洞類缺陷的影響規律以及氣泡在離心場下運動規律的理論分析，但是這種分析只能依靠離心鑄造成型后的氣泡位置進行理論研究，對于氣泡在鑄件成型過程中的真實運動規律無法得知，因此需要設計一種模擬裝置來仿真氣泡在鑄件成型過程中的運動規律，進而可以直觀觀測到其最終的氣泡位置，進而能夠在后續中較好的控制氣孔的產生。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種可直觀觀測到氣泡運動過程的立式離心鑄造的氣泡運動物理模擬裝置；本發明的目的還在于提供一種該立式離心鑄造的氣泡運動物理模擬裝置的模擬鑄型。

為實現上述目的，本發明模擬鑄型的技術方案是：

模擬鑄型，包括用于被驅動裝置驅動而旋轉的模擬鑄型本體，模擬鑄型本體包括基礎部分和透明部分，基礎部分與透明部分圍成用于容納模擬流體的模擬澆注型腔，模擬鑄型上還設置有用于向模擬澆注型腔中通入氣泡的氣泡產生結構。

透明部分由一個或兩個以上的上下疊設的有機玻璃板構成。

有機玻璃板有兩塊，其中下層的有機玻璃板上設置有貫通該有機玻璃板上下板面的貫通孔，基礎部分包括有基板，所述基板、貫通孔和上層有機玻璃板共同構成所述模擬澆注型腔。

氣泡產生結構包括設置在基板上的氣泡產生室，所述氣泡產生室為貫通基板兩個板面的通孔，基板具有用于將通孔的下端密封在轉臺上的下板面。

模擬澆注型腔包括設置在回轉中心兩側的左型腔和右型腔，模擬鑄型的回轉中心處設置有分別與左、右型腔相通的進液口。

氣泡產生結構設置于模擬澆注型腔遠離回轉中心的一側。

左、右型腔的其中一個為迷宮式型腔。

本發明的立式離心鑄造的氣泡運動物理模擬裝置的技術方案是:

立式離心鑄造的氣泡運動物理模擬裝置，包括模擬鑄型和用于驅動模擬鑄型轉動的驅動裝置，模擬鑄型包括用于被驅動裝置驅動而旋轉的模擬鑄型本體，模擬鑄型本體包括基礎部分和透明部分，基礎部分與透明部分圍成用于容納模擬流體的模擬澆注型腔，模擬鑄型上還設置有用于向模擬澆注型腔中通入氣泡的氣泡產生結構。

驅動裝置包括與模擬鑄型固連的轉臺和用于驅動離心轉臺轉動的電機，所述驅動裝置還包括與電機控制連接的用于調整電機轉速的控制器。

模擬裝置還包括氣泡位置檢測裝置，氣泡位置檢測裝置包括設置在模擬鑄型上方的用于實時拍攝模擬流體中氣泡的高速攝像機和連接高速攝像機的計算機。

本發明的有益效果是：相比于現有技術，本發明所涉及的立式離心鑄造的氣泡運動物理模擬裝置，包括用于被驅動裝置驅動而旋轉的模擬鑄型本體，模擬鑄型本體包括基礎部分和透明部分，基礎部分與透明部分圍成用于容納模擬流體的模擬澆注型腔，模擬鑄型上還設置有用于向模擬澆注型腔中通入氣泡的氣泡產生結構，通過驅動裝置控制模擬鑄型轉動，達到離心鑄造設備的模擬效果，并通過氣泡產生結構向型腔內的模擬流體中通入氣泡，在轉動過程中，通過直觀觀測氣泡的實時位置，并加以分析，可直接得到氣泡在模擬鑄型中的運動規律，結構比較簡單，且通過模擬裝置使得試驗成本較低，結果直觀可得。

附圖說明

圖1為本發明立式離心鑄造的氣泡運動物理模擬裝置的具體實施例結構示意圖；

圖2為圖1中的模擬鑄型俯視圖；

圖3為圖2的A向剖視圖；

圖4為圖2中的氣泡產生孔的結構放大示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明。

本發明的立式離心鑄造的氣泡運動物理模擬裝置的具體實施例，如圖1至圖4所示，該模擬裝置包括模擬鑄型6、設置在模擬鑄型6下側與模擬鑄型同步轉動的離心轉臺5，模擬鑄型6通過四個六角螺栓65與離心轉臺5固定，離心轉臺5下連接有驅動離心轉臺轉動的驅動裝置，該驅動裝置包括一端與離心轉臺連接的液力耦合器（其工作原理和結構為現有技術，不再展開），液力耦合器3的另一端連接有三相交流電機2，且驅動裝置還包括與三相交流電機控制連接的控制器1，該控制器為HT6000變頻器，可調節電動機的旋轉頻率，進而調整電機的轉速，離心轉臺外部設置有防護罩4，以隔離模擬鑄型內的模擬流體在轉動時濺出，該模擬裝置還包括氣泡位置檢測裝置，氣泡位置檢測裝置包括設置在模擬鑄型上方的高速攝影機7，及與高速攝影機信號連接的計算機8，通過高速攝像機7對模擬鑄型內的氣泡的實時拍攝來獲得氣泡的位置信息，并通過計算機對數據進行掃描分析。

模擬鑄型包括由三塊有機玻璃板上下密封疊設而成，其中中層的有機玻璃板67上設置沿轉動中心徑向的兩側各設置有貫通該有機玻璃板上下板面的貫通孔，其中一個貫通孔的徑向截面為“一”字型62，另一貫通孔的徑向截面為半“喜”字形63，上層的有機玻璃板66和下層的有機玻璃板68與所述貫通孔扣合形成模擬鑄型的型腔即模擬澆注型腔，在上層的有機玻璃板的回轉中心處設置有與型腔相通的進液口，進液口上方設置有用于將模擬流體導流入進液口的導向管69；在下層的有機玻璃板上與型腔遠離回轉中心的端部對應的位置設置有氣泡產生孔61，氣泡產生孔61為上端縮口的孔狀結構，與型腔相通，且在氣泡產生孔的下方設置有硅膠墊片加以密封。三個有機玻璃板通過螺釘64固定在一起，且相鄰的兩塊有機玻璃板之間加裝有密封墊片，該模擬鑄型通過兩側的螺釘固定在離心轉臺上。本發明中的模擬流體優選為帶有增粘劑的水，氣泡產生孔內優選設置碳化鈣顆粒，通過碳化鈣和水接觸后反應生成氣體在水中的實時位置，來得出氣泡實際的運動規律，考慮到水的粘度較低的緣故，向其中加入了增粘劑，從而使其粘度能夠符合離心力場下鈦合金熔體流動物理模擬的相似準則。同時，為了使拍攝到的畫面更清楚，在水中放入了適量的紅色染料。

在其他實施例中，控制系統可不設置液力耦合器，直接通過電機控制；控制器可采用其他類型的控制器，比如通過電機的極對數調速或串極調速或換向器電機調速等形式來控制電機的轉速；型腔可設置為其他形狀的結構，能夠滿足對于各種不同的型腔，均能檢測到氣泡的運動規律即可；貫通孔可不止設置為一個，可設置多個不同形狀的貫通孔；氣泡產生室可設置在中層的有機玻璃板上與型腔相通；氣泡產生結構可包括設置在上層有機玻璃板上與型腔相通設置多個打氣孔及通過打氣孔對轉動中的型腔內的模擬流體直接通入氣泡的氣泵和與氣泵連接的用于向型腔內通入氣泡的回轉接頭，打氣孔與回轉接頭上的輸出端相連；模擬鑄型可以采用透明的塑料一體澆注成型；可不在水中增加染料，反應物可設置為其他與水化學反應產生氣體的物質，如碳酸鈣，并將水改設為鹽酸；有機玻璃板可設置為上下兩層，在下層的有機玻璃板上設置有槽，通過槽與上層玻璃板的支撐構成型腔；底層的玻璃板可設置為不透明的；型腔可有一體成型的澆注塑料成型；有機玻璃板可設置有多個，中間部分的有機玻璃板設置有貫通中間部分的全部有機玻璃板的貫通孔。

本發明所涉及的模擬鑄型，其具體實施例與上述立式離心鑄造的氣泡運動物理模擬裝置的模擬鑄型實施例一致，不再詳細展開。