铝合金汽车轮毂压铸模具温度场及热应力数值分析研究

论文摘要

压铸过程模具流场、温度场及热应力场有限元法正在大力推进压铸业的发展,对于优化压铸工艺设计,提高铸件的质量,防止模具表面裂纹、变形,降低残余应力等缺陷都有很重要的作用。本文首先总结了压铸过程中数值模拟发展情况,并对今后的发展趋势加以展望,对模拟软件进行了介绍,建立了铝合金汽车轮毂压铸模具瞬态温度场、热应力弹塑性三维有限元模型;确定了温度场中的初始条件、边界条件、潜热处理等数学模型;对热应力中的流变学模型进行了详细的介绍。在此基础上,模拟和分析了典型压铸模的温度场和热应力场。运用商用软件PROCAST,对本文研究的铝合金汽车轮毂压铸模具的温度场进行了数值模拟,并通过温度场的结果分析得出了铝合金汽车轮毂压铸模具在轮辐连接部位温差达到45℃、温度梯度也达到13.5℃/mm,分析出在此部位容易产生热疲劳现象。本文又进一步模拟了铝合金汽车轮毂压铸模具在压铸过程中的热应力变化情况,论证了温度梯度大的地方热应力也大。在热应力较大的地方选择了典型的C截面进行了模拟结果的分析,并在此截面上选择了表层的A、B(A点距型腔表面0.08mm,B点距型腔表面3.08mm)两点间的区域做了研究分析;绘制出了A、B点区域的热应力变化曲线及A点在X方向的应变幅变化曲线;建立了压铸模具寿命估算模型。根据此模型预测了铝合金汽车轮毂压铸模具在浇注温度分别为650℃,670℃,690℃的情况下C截面A点在X方向的最大应变分别为:0.0221mm、0.023mm、0.0242mm,并且预测了在三种不同的浇注温度下模具的寿命分别为:105000、100000、91000模,指出此类压铸件浇注温度选择为650℃较合适。通过此模型我们可以改变不同的工艺参数来预测模具的寿命,从而对此类压铸件的生产工艺参数的制定提供了一定的参考价值。本文对铝合金汽车轮毂压铸模具温度场的数值模拟对改善压铸工艺参数具有重要的指导价值;热应力的数值分析并预测模具的寿命,对如何提高模具寿命做出了指导性意义,以及对企业的生产安排有着重要的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 压铸技术的特点
• 1.2 压铸模具工况及铸造缺陷
• 1.3 压铸模数值模拟的意义
• 1.4 压铸模温度场及热应力场数值模拟发展情况
• 1.5 本文主要研究目的、内容和途径
• 2 PROCAST软件介绍
• 2.1 数值模拟软件发展情况
• 2.2 PROCAST软件介绍
• 2.3 PROCAST软件特点
• 3 压铸过程模具三维温度场数值计算方法
• 3.1 模具寿命的影响因素分析
• 3.2 数值计算方法
• 3.3 传热学基础
• 3.4 压铸模具温度场数学模型和求解条件
• 3.5 三维温度场数值计算模型
• 3.6 铝合金轮毂温度场数值模拟结果分析
• 3.7 小结
• 4 压铸模热应力数值计算
• 4.1 热力耦合介绍
• 4.2 流变学模型
• 4.3 热应力应变求解
• 4.4 热弹性模型及有限元解决
• 4.5 模拟参数设置及热应力结果分析
• 4.6 模具寿命估算
• 4.7 小结
• 5 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在读期间科研成果简介
• 致谢
• 附录:符号注释