利用有限元的挤压铸造压室热-力耦合分析.pdf

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1、试验研究现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2012年第11期利用有限元的挤压铸造压室热．力耦合分析4宋雷112，邵明1，游东东1(1华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640；2广州科技贸易职业学院，广州510442)摘要：压室是挤压铸造设备中的核心零／部件之一，研究挤压铸造过程中压室的温度和应力变化对预测和避免相关失效形式是十分必要的。建立了压室三维有限元模型，计算得到了压室的温度、应力和变形的变化过程。关键词：压室；挤压铸造；有限元中图分类号：TG233；TG249文献标志码：A文章编号：167

2、1—3133(2012)11—0019—04Thethermo-mechanicalcoupledanalysisofshotsleevei11squeezecastingequipmentbasedonFEMSongLei1一，ShaoMin91，YouDongdon91(1SchoolofMechanical&AutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China；2GuangzhouVocationalCollegeofTechnology＆

3、Business．Guangzhou510442．China)Abstract：Shotsleevl!isoneofthekeypartsinsqueezecastingmachine．Anundemtandingofthemecharrsmsoftemperatureofstressdistributionisessentialnecessaryforexplainingandpreventingthefailureofshotsleeve．Inthisinvestigation，athree—di．mensionalFEMmodelisde

4、velopedtoanalysesthedistributionoftemperature，stressanddeformation．Keywords：shotsleeve；squeezecasting；FEM0引言挤压铸造技术结合了铸造和塑性加工工艺，是一种效率高、材料利用率高、能够有效避免气孔、缩孔和疏松等缺陷的现代制造工艺¨习J。挤压铸造技术已经广泛地运用在军工、汽车和航空等领域，成为了制造大型复杂形状关键结构零件的重要制造工艺。挤压铸造典型工艺包括四个步骤：1)金属熔液浇注到压室中；2)模具闭合，动模在曲柄连杆的作用下与定模合拢，并保持

5、足够的合模力；在冲头的作用下，金属熔液完成充型；3)铸件在冲头施加的高压下凝固；4)模具打开，铸件取出，冲头回退到初始位置【4引。压室是挤压铸造设备中的核心零／部件之一。压室的下端一般固定在机架上，上端与模具的浇道相连。工作过程中压室会承受周期性的载荷，由于温度和机械载荷的分布并不均匀，压室会出现裂纹、磨损以及冲头卡死在压室中的现象。研究工作过程中压室的温度和应力变化，对预测和避免相关失效形式是十分必要的‘7

6、。有限元方法为压室的温度场和应力场分析提供了一个既高效又足够准确的方式。l有限元模型的建立本文将研究如图1所示的250T卧式挤压铸造机结

7、构中的压室。工作过程中冲头和压室的相互作用不能忽略，因此有限元模型中应包括冲头。为了简化模型，在分析中金属熔液被看作是固体的热源。在本分析中，金属熔液是A356铝硅合金。由于压室和冲头在几何上是轴对称的，因此取1／8圆柱即可满足分析所需的精度要求。工作过程中金属熔液与压室和冲头之间的传热要比冲头和压室的热辐射以及与空气之间的对流大得多，故后者可以忽略。在本模型中热传导包括两种，一种是金属熔液与压室和冲头之间的热传导，另外一种是压室和冲头各自不同部位之间的热传导。这两种热传导分别可以通过式(1)和式(2)描述。Oq／c：》t=h(T。一T^)(1

8、)+圄家自然科学基金一广东联合基金项目(U1034001)；广东省教育部产学研重大专项项目(2009A090100026)192012年第1l期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)图1250T卧式挤压铸造机结构1．定模板2．定模3．动模4．动模板5．曲柄连杆6．锁模油缸7．顶料油缸8．后模板9．压室10．机架11．推杆12．平移油缸13．限位弹簧14．冲头15．保温层16．导轨pCOT：埤+埤+了AoET(2)=—T十——下十—F～二JdZa戈‘ay‘az。式中：q为热流密度；￡为时间变量；h为界面传热系数

9、；咒为铝液温度；兀为压室内壁温度；p为材料密度；C为比热；A为热导率；T为温度变量；并、y,z为压室所在坐标系的各向位移。根据铝熔液、压室及冲头相。⋯