基于有限元的模擬擠壓鑄造凝固過程數(shù)學(xué)模型分析

雪蓮 媛媛

【摘要】通過模擬擠壓鑄造凝固過程中鑄件溫度、應(yīng)力等方面的有限元模型，該模型主要包含凝固過程中界面?zhèn)鳠崤c變形相互作用、沖頭壓力下的變形等。并利用軟件對(duì)各種參數(shù)下A356鋁合金擠壓鑄造展開模擬計(jì)算，模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，表明所建立模型對(duì)擠壓鑄造中的熱和力分析是正確的。

【關(guān)鍵詞】有限元? 擠壓鑄造? 數(shù)學(xué)模型

【中圖分類號(hào)】TG249.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）14-0234-02

1.建立傳熱模型及計(jì)算

基于柱坐標(biāo)下對(duì)鑄件形狀實(shí)施模擬，便于消除直角坐標(biāo)系模擬系統(tǒng)有些結(jié)果中心不對(duì)稱、結(jié)果局部失真等弊端。所設(shè)的模型用熱焓法實(shí)施處理，傳熱微分方程為：

2.1熱-力耦合模擬效果

根據(jù)分析可知，擠壓鑄造凝固過程屬于傳熱和變形之間相作用的過程，界面壓力改變及氣隙形成，會(huì)改變凝固殼表面?zhèn)鳠釛l件，影響型腔的溫度場(chǎng)。因此，構(gòu)建熱—力耦合模型，動(dòng)態(tài)展現(xiàn)擠壓鑄造凝固與變形之間的相互作用，準(zhǔn)確模擬鑄件的凝固及力學(xué)行為。

2.2建立鑄件與模具界面?zhèn)鳠崮Ｐ?/p>

鑄件/模具間界面熱阻會(huì)影響傳熱和鑄件凝固過程，界面?zhèn)鳠崮Ｐ褪菬帷︸詈夏M的重點(diǎn)內(nèi)容，主要包含表面粗糙度、涂料厚度、界面氣隙等。文中依據(jù)擠壓鑄造工藝實(shí)際情況，指出界面?zhèn)鳠嶂饕芙佑|熱阻、輻射等方面的影響。界面換熱系數(shù)求解公式如下：

3.分析擠壓鑄造模擬實(shí)例

本研究所用鑄件為A356鋁合金，模具材料為H13鋼，橫截面尺寸設(shè)定為80mm*32mm。為掌握不同參數(shù)對(duì)鑄件質(zhì)量的影響，挑選4組工藝參數(shù)展開擠壓鑄造實(shí)驗(yàn)，鑄件實(shí)施冷卻處理后由中間切開，并認(rèn)真觀察、磨平橫截面。見表1。

4.結(jié)論

構(gòu)建模擬擠壓鑄造凝固過程中鑄件溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)變化過程的數(shù)學(xué)模型，介紹溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)有限元模型和針對(duì)性的求解方法。通過實(shí)例進(jìn)行模擬，鑄件截面吻合度較好，說明建立的模型對(duì)擠壓鑄造凝固環(huán)節(jié)的熱和力分析基本正確。