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《模具冷却条件对模具温度场的影响.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、在压铸生产过程中,模具温度随压铸周期呈周期性的升降,使模具表面产生周期性的热膨胀、收缩及热应力,最终导致模具热疲劳失效。为了优化工艺方案,保证铸件质量,提高模具使用寿命,对压铸过程温度场进行了定性的分析,研究工艺条件和模具结构对压铸模具温度场的影响。压铸生产过程是周期循环性的复杂过程,模具温度受多种工艺条件以及模具结构的影响。如金属的充填速度与浇注温度,模具的预热温度,模具加热与冷却系统的设计,浇口的位置和尺寸设计等。本课题针对A380合金汽车轮毂压铸件,运用有限元分析软件ProCAST,对压铸模进行了压铸过程温度场分析
2、,用对比的方法定量地研究了不同的冷却条件对模具温度场的影响济南票务。 1模拟分析系统和材料热物性参数 试验采用Pro/E几何造型,运用ProCAST软件进行模拟系统网格划分和数值计算,有限元分析模型见图1。其中铸件材料为A380,其热物性参数见表1。模具材料为H13钢,其热导率和比热容不高,随温度变化而变化,变化范围为20~500℃时,热导率为25~27.3W/(m?K);20~400℃时,比热容为0.4588~0.58776kJ/(kg?K);密度为7.367×103kg/m3。 2数学模型与边界条件 2数学模
3、型 根据压铸生产的传热特点,可将一个压铸循环过简化为4个阶段:金属液充型、凝固、开模、顶出铸件;喷涂料;合模,等待下次浇注。该铸件4个阶段的时间分别为:205、20、10、15s。由于各个阶段的传热系数不同,铸型温度场分析采用三维不稳定导热偏微分方程,即 式中,Q为密度;Cp为比热容;τ为时间;t为温度;λ为热导率。 3边界条件 由于模具的开合,模具的换热边界条件随时间和压铸阶段的不同而变化,在模拟计算中要根据实际压铸阶段确定相应的边界条件。试验边界条件设置如下:模具与模具界面传热系数为1000W/(m2?K);
4、模具与铸件界面传热系数为1500W/(m2?K);模具与空气传热系数为10W/(m2?K);涂料与模具传热系数为600W/(m2?K);空气温度为20℃。 3模拟结果与讨论 模拟分析了浇注温度为650e,模具预热温度为200℃时,不同的冷却条件下模具温度场的分布。用对比的方法定量地研究了模具内的温度经5次循环达到“准平衡态”时,冷却水的温度、冷却水管的直径及其位置对模具温度场的影响青岛票务。 4冷却系统对模具温度场的影响 模具型腔表面35mm进水管距出水管距离为76mm,水管长250mm,水温为30℃。模拟计算了
5、模具内通冷却水与不通冷却水时,模具内的温度场分布情况。两种情况下 模具上距离型腔表面不同距离处某时刻的温度分布示意图,见图3。从图3可以看出,在金属液充入型腔后4s时,若模具内不通冷却水,则受压铸件凝固潜热的影响,在距型腔表面4~15mm范围内,温度曲线上凸,模具内有一个较大的温度等温区,温度梯度较大,有热量的积聚(见图3)。而模具内通冷却水后,模具型腔表面的温度有所降低,在大于15mm部分,模具温度高于不通冷却水时的,这样整个模具镶块的温度梯度减小,温度分布呈平缓的下降趋势。 5冷却水的温度对模具温度场的影响 腔
6、表面不同距离处在不同时刻的温度分布图。从图4可以看出,只改变冷却水的温度,模具总的温度变化基本一致,且在距离型腔表面4~6mm范围内,有一个温度平台,有热量的积聚。图5为冷却水的温度对模具型腔表面层的温度梯度的影响,可以看出,在距离型腔表面0~2mm范围内,冷却水的温度为50e时,型腔表面层的平均温度梯度是10.975℃/mm;冷却水的 温度为30℃时,型腔表面层的平均温度梯度是10.976℃/mm。同样,在距离型腔表面2~4mm范围内,型腔表面层的平均温度梯度分别是6.8244和6.8252℃/mm。在6~10mm范
7、围内,分别是4.4679和4.4684℃/mm。图6为冷却水的温度对模具型腔表面的升温速率的影响,可以看出,在0~5s这段时间内,当水温为30℃时,型腔表面平均升温速率为11.123℃/s,而水温为50℃时,升温速率为11.122℃/s;在5~10s这段时间内,其升温速率均为1.6691℃/s。从上面的分析可以知道,水温为30、50℃时,模具的温度梯度和升温速率基本一样,只是水温为50℃时,其温度梯度和升温速率略低一点。因此,在压铸过程中,冷却水的温度对于实际生产影响不大,故可把冷却水的温度适当调高到50℃左右,但不能低
8、于20℃。 6冷却水管位置对模具温度场的影响 试验模拟计算了冷却水管直径为10.5mm,水温为50℃,冷却水管位于A、B位置时模具温度场的分布。其中,位置B(在位置A的基础上往远离型腔的方向下移动10mm)距模具型腔表面45mm,位置A距模具型腔表面35mm.图7为两种情况下模具上某位置处距离型 腔表面不同点在
