鑄造凝固過程中模具局部冷卻能力的多循環(huán)數(shù)值分析.pdf

1、由于鑄件的結(jié)構(gòu)和壁厚、模具的壁厚以及鑄件和模具材料等因素的影響，在鑄造凝固過程中容易形成熱節(jié)。熱節(jié)的形成是由于模具局部散熱不良所致，它的形成造成了鑄件冷卻的不平衡，破壞了熔體的順序凝固，容易使鑄件中產(chǎn)生缺陷；它還破壞了模具的溫度平衡，容易形成模具的熱疲勞，縮短模具壽命。熱節(jié)的消除問題是鑄造工藝設(shè)計中的重要內(nèi)容，也是獲得高質(zhì)量鑄件和延長模具壽命的前提之一。 論文以鑄造凝固過程中由于壁厚不均而產(chǎn)生的熱節(jié)為研究對象，使用ANSYS軟件

2、的熱分析模塊，進行了鑄件凝固過程的多循環(huán)數(shù)值模擬。以鑄件溫度最高點處的溫度與鑄件主體部分中心位置的溫度差值大小為判據(jù)，在給定熱節(jié)壁厚的條件下，考察了模具壁厚、換熱條件以及涂料厚度對模具溫度場及其局部冷卻能力的影響，得到溫度差值與上述因素之間的定量關(guān)系，探求消除熱節(jié)的具體措施。 對上述內(nèi)容進行研究，模擬分析得出了以下結(jié)論： ①單次澆注時，在模具壁厚研究范圍(10mm～25mm)內(nèi)，在自然散熱條件下，模具壁厚的變化對模具局部

3、冷卻能力的影響不明顯；在冷卻水強化換熱條件下，隨著模具壁厚的增加，模具局部冷卻能力下降。 ②循環(huán)澆注時，隨著循環(huán)澆注次數(shù)的增加，溫度差值是不斷變化的；當(dāng)循環(huán)澆注4～6次后，模具內(nèi)部建立了相對穩(wěn)定的溫度梯度，相鄰的兩次澆注之間的溫度差值變化已經(jīng)小于0.05℃，溫度差值逐漸趨于穩(wěn)定。 ③在模具壁厚研究范圍(10mm～25mm)和熱節(jié)壁厚研究范圍(3nlnl～6mm)內(nèi)，隨著模具壁厚的增加，循環(huán)澆注第六次時的溫度差值——“平衡

4、溫差”增大，模具的局部冷卻能力下降。 ④在自然散熱條件下，綜合考慮模具壁厚(w)和熱節(jié)壁厚(h)對平衡溫差(△T)的影響，建立了回歸方程：△T=0.42721_m(w)+33．1743Im(h)-36.4713從回歸方程可以看出，當(dāng)分別改變模具壁厚和熱節(jié)壁厚時，熱節(jié)壁厚的改變對平衡溫差的影響要顯著得多。 ⑤在自然散熱條件下，減小涂料厚度后的溫度差值明顯減小，模具局部冷卻能力顯著提高，表明通過調(diào)整涂料厚度來改善模具局部冷卻

5、能力的方法是可行的。 ⑥冷卻水強化換熱條件下的溫度差值與自然散熱條件下相比明顯減小，模具局部冷卻能力的提高效果非常顯著，并且，隨著循環(huán)澆注次數(shù)的增加，冷卻水強化換熱對模具局部冷卻能力的提高作用進一步凸顯。 ⑦提高冷卻水流速強化了對流換熱條件，進一步提高了模具的局部冷卻能力。 ⑧對比不同研究條件下回歸方程中自變量模具壁厚(w)的系數(shù)可以看出，隨著模具局部冷卻能力的提高，模具壁厚變化對模具局部冷卻能力的影響作用也逐漸