面向收缩特性的压铸模温度场仿真研究

论文摘要

压铸模具的温度场是直接关系到金属液的流动状态,它是影响铸件质量的一个关键因素。由于压铸件存在冷却凝固收缩,所以模具温度不当不但影响铸件的内部和表面质量,还影响压铸件尺寸精度和形状精度。生产对压铸件的各项技术质量指标要求都比较高,因此对模具温度场的控制十分重要。本文概述了压铸模具温度场数值模拟与应用的研究进展与发展方向,介绍了温度场数值模拟有限单元法的数学模型及其解法。并且针对某典型的薄壁铝合金压铸件,运用有限元分析软件ANSYS,对其压铸模进行了压铸过程温度场模拟分析。压铸工艺参数和模具结构直接影响到模具的温度场分布,本文用对比的方法定量地研究了浇注温度、模具预热温度、铸件的结构对模具温度场的影响。生产中常用的铝合金材料浇注温度为600℃～700℃。本文分析了浇注温度分别为650℃,670℃,700℃时,压铸模温度场的分布。从研究采用的模具型腔表面的温度一时间图及其升温速率来看,当浇注温度为650℃时,模具的表面平均温度最高为323.35℃。在金属液充入型腔后0～10s这段时间内,型腔表面的平均升温速率为8.4459℃/s。综合考虑各成型工艺因素,该铸件采用650℃的浇注温度比较符合生产质量的要求。实践证明,对模具进行适当的预热,可降低模具型腔表面层的温度梯度。本文分析了模具预热温度分别为180℃,200℃,240℃时,压铸模具温度场的分布。从模具型腔表面层的温度梯度和升温速率来看,采用200℃的模具预热温度是合理的。并且在金属液充入型腔后0～5s这段时间内,型腔表面的平均升温速率是7.0734℃/s,型腔表面层的温度梯度是12.77℃/mm。这种温度场条件有利于保证压铸件的尺寸和形状精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 压铸模工作状态
• 1.3 压铸模具温度场数值模拟的意义
• 1.4 压铸模具温度场数值模拟的研究现状及研究趋势
• 1.4.1 压铸模具温度场数值模拟的研究现状
• 1.4.2 铸造过程数值模拟软件的发展
• 1.5 本文主要研究内容、目的及研究途径
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 研究目的
• 1.5.3 研究途径
• 第2章 压铸过程中模具温度场数值模拟理论基础及算法
• 2.1 热传导解析常用数值计算方法
• 2.1.1 数值模拟基本方法
• 2.1.2 有限元法
• 2.2 铸件与金属型之间的传热现象
• 2.3 导热微分方程
• 2.4 初始条件和边界条件
• 2.4.1 初始条件
• 2.4.2 边界条件
• 2.5 瞬态温度场的有限元解法
• 第3章 压铸模具温度场数值模拟研究
• 3.1 压铸过程温度场模拟的数学模型
• 3.1.1 实验假设
• 3.1.2 压铸传热过程
• 3.1.3 数学模型
• 3.2 压铸模具温度场数值方程的求解条件
• 3.2.1 初始条件的确定
• 3.2.2 边界条件的确定
• 3.3 影响压铸模具寿命的因素
• 3.3.1 影响模具寿命的因素
• 3.3.2 热疲劳失效机理
• 3.4 影响压铸模具温度场的因素
• 3.4.1 压铸模具温度
• 3.4.2 影响压铸模具温度场的因素
• 第4章 压铸模具温度场数值模拟的应用
• 4.1 压铸模具结构
• 4.2 模具温度对压铸模具收缩特性的影响
• 4.3 应用 ANSYS软件对温度场的数值模拟
• 4.3.1 有关参数的选择
• 4.3.2 ANSYS软件模拟的基本过程
• 4.4 模拟实验结果与讨论
• 4.4.1 模具条件和冷却时间对于模具温度场的影响
• 4.4.2 铸件具有不同壁厚的模具温度场分析
• 4.4.3 模具温度场分布规律
• 4.4.4 工艺参数对模具温度场的影响
• 第5章 主要结论及建议
• 5.1 本课题的创新点
• 5.2 主要结论
• 5.3 进一步研究的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录1 攻读硕士期间公开发表的论文