压铸过程中模具表面温度变化研究
渗流铸造过程中流场温度场的数值模拟
渗流铸造过程中流场温度场的数值模拟
压铸渗流铸造技术是通过强制将含有固体颗粒的金属流体液状化、多孔气孔性化等作用,将金属材料定形填充到模具内形成复杂型形的金属零件的一种铸造加工工艺。然而,这种机械性加工工艺具有一套复杂的动态变化的流动特性,其中包括渗流速度场、温度场等。以下是压铸渗流铸造过程中流场温度场的数值模拟方法:
一、模型建立
1.采用Euler-Euler模型来建立铸造过程的动力学模型;
2.以Navier-Stokes方程和传热方程的组合为基础建立数值模型;
3.采用隐式有限差分技术作为求解模型的基础;
二、边界条件
1.在采用Euler-Euler模型研究温度场的过程中,应确定边界的外部压强和内部压强,通过分析模具表面的压力分布情况;
2.将模具表面考虑为无热损耗的非发散表面;
3.热流过程中考虑表面热传导,以及流口处金属颗粒热传递和热收缩等;
三、网格等******************
1.根据包围模具体结构尺寸,可进行空间分割,有针对性地建立相应的网格结构;
2.使用速换网格技术,加快网格分布以降低模型分析时间;
3.还可以采用具有宽的容错范围的网格划分方法,为模拟更复杂的情况和参数设置提供条件;
四、数值分析
1.采用节点位置寻优法求解有限元模型,使节点位置更加合理稳定;
2.有效利用分片优化法、梯度下降法等算法,在计算过程中采取有效方法,提
高计算效率;
3.采用空气粘度变化的曲线和绝热温度曲线来进行热力学预测,确定流体在铸
造过程中受影响的温度变化状态;
4.运用一定随机的经验数据和热力学模型,建立温度场的数值模型,将非线性
压铸模流分析分析报告
压铸模流分析分析报告
目录
压铸模流分析分析报告 (1)
引言 (1)
背景介绍 (1)
目的和意义 (2)
压铸模流分析概述 (3)
压铸模流分析的定义 (3)
压铸模流分析的作用 (4)
压铸模流分析的方法 (4)
压铸模流分析的关键步骤 (5)
模型建立 (5)
材料参数设定 (6)
网格划分 (7)
求解器选择 (8)
结果分析 (9)
压铸模流分析的应用案例 (10)
案例一:汽车零部件压铸模流分析 (10)
案例二:电子产品外壳压铸模流分析 (11)
案例三:家电产品压铸模流分析 (12)
压铸模流分析的优势和局限性 (13)
优势 (13)
局限性 (14)
结论 (14)
对压铸模流分析的总结 (14)
对未来研究的展望 (15)
引言
背景介绍
压铸模流分析是一种重要的工程分析方法,用于评估和优化压铸模具的设计和制造过程。随着工业技术的不断发展和进步,压铸模流分析在压铸行业中的应用越来越广泛。通过模拟和分析压铸过程中的流动、凝固和收缩等关键参数,可以帮助工程师们更好地理解和控制压铸过程,提高产品质量和生产效率。
压铸是一种常用的金属成型工艺,广泛应用于汽车、航空航天、电子、家电等行业。在压铸过程中,液态金属被注入到模具中,经过凝固和冷却后形成所需的零件或产品。然而,由于压铸过程中涉及到复杂的流动和凝固现象,模具设计和制造过程中存在许多挑战和难题。
在传统的压铸模具设计中,通常需要通过试模和试产的方式来验证模具的可行性和性能。这种方法不仅费时费力,而且成本高昂。而压铸模流分析则可以在模具制造之前,通过计算机模拟和分析来预测和评估模具的性能。通过模拟压铸过程中的流动、凝固和收缩等关键参数,可以帮助工程师们更好地理解和控制压铸过程,提高产品质量和生产效率。
压铸模温度控制方法
Relative Cooling Power相对冷却功率 Power相对冷却功率
Cooling Power
冷却功率
Natural自然 Air 空气
Oil油
Spray喷涂
Water水
Die Thermal Design模热设计 Design模热设计
Calculate the heat to be removed from each segment of the die.计算每个模热区域需要带走的热量 Manual calculation, Basic program like DC-CALC or using Graphical software. 人手计算,dc-calc程式计算,图形软件计算 Select the coolant fluids (air, oil, water or a combination). 选择冷却媒体(空气,油,水或组合) Locate and size the cooling channels in the die. 放置冷却管道及决定尺寸 Select the method of die heating 选择加热方式
Measuring Die Temperature测量模温 Temperature测量模温
Hand Held Thermocouple 手提电热偶 Hand Held Infra-red 手提红外线测温
压铸件的屈服应变
压铸件的屈服应变
一、铸造工艺的影响
压铸工艺对压铸件的屈服应变具有显著影响。在压铸过程中,模具温度、浇注温度、压射速度等参数都会影响材料的流动和成型,进而影响压铸件的屈服应变。例如,高的模具温度可能导致材料在模具中更易流动,降低屈服应变;而高的浇注温度和压射速度可能导致材料在冷却过程中产生更大的内应力,增加屈服应变。
二、合金材料的影响
合金材料的成分和热处理状态对压铸件的屈服应变也有重要影响。一般来说,合金元素的含量、热处理状态等因素都会影响材料的力学性能,包括屈服应变。例如,含有较多合金元素的合金可能在高温下表现出更好的强度和屈服应变;而经过特定热处理的合金可能具有更低的屈服应变。
三、零件结构的影响
零件的结构设计对屈服应变也有显著影响。例如,厚实的部分可能会在冷却过程中产生更大的内应力,导致更高的屈服应变;而复杂的结构可能会影响材料的流动,进而影响屈服应变。因此,在零件结构设计时,应充分考虑其对屈服应变的影响。
四、温度和应变率的影响
温度和应变率也是影响压铸件屈服应变的重要因素。一般来说,随着温度的升高和应变率的增加,材料的屈服应变也会相应增加。这主要是因为温度和应变率的变化会影响材料的微观结构和力学性能。因此,在实际应用中,应充分考虑温度和应变率对屈服应变的影响。
五、应变硬化和屈服点
压铸件的屈服应变与材料的应变硬化行为密切相关。在受力过程中,材料会
发生应变硬化,即随着应变的增加,材料的应力会增加。这种硬化行为会影响材料的屈服点和屈服应变。因此,了解材料的应变硬化行为对于预测和控制压铸件的屈服应变具有重要意义。
压铸工艺之温度
1.浇注温度
浇注温度是指金属液浇注人压室的温度.生产中是通过控制保温炉中合金液的温度来实现控制浇注温度。
(1)铝合金
对于不同形状、结构的铸件,浇注温度可控制在630-730℃;对薄壁复杂件,可采用较高温度,以提高金属液的流动性,获得良好的成型;对厚壁结构件,可采用较低温度,以减少凝固收缩。
浇注温度过高,铝水中吸气量会增加.使铸件厚壁处易产生针孔、缩孔、表面起泡;同时对模具腐蚀加快,使模具过早老化、龟裂。
浇注温度过低,流动性差,易产生冷隔、流纹、浇注不足等缺陷;温度过低铝液易产生成分偏差,使铸件中存在硬质点,造成后加工困难。
图5-13示意浇注温度对力学性能影响。从中可见随着浇注温度升高,机械性能明显下降。
图5-13 浇注沮度对各种合金性能影响
(2)锌合金
锌合金采用热室机压铸,压铸机保温炉增锅内金属液温度为415-430℃,薄壁件、复杂件压铸温度可取上限;厚壁件、简单件可取下限。进人鹅颈壶的金属液温度与增拐内的温度基本一致,通过控制坩埚金属液温度来控制压铸温度。温度过高的害处:
1)铝、镁元素烧损。
2)金属氧化速度加快,烧损量增加,锌渣增加。
3)热膨胀作用会发生卡死锤头故障。
4)铸铁柑涡中铁元素熔人合金液更多,高温下铝与铁反应咖快,会形成铁一铝金属间化合物的硬颖粒,使锤头,鹅颈壶过度磨损。
5)燃料消耗相应增加。
温度过低:合金液流动性差,不利于成型,影响压铸件表面质量。
表5-8为各种合金浇注温度。
表5-8 各种合金浇注温度(单位℃)
注:
1.浇注温度一般以保温炉金属液沮度表示。
2.锌合金沮度不宜超过450℃,否则结晶粗大。
铝合金曲轴箱压铸模具温度控制方式简析
铝合金曲轴箱压铸模具温度控制方式简析
铝合金曲轴箱是现代汽车发动机中非常重要的零部件之一,其质量的
好坏直接影响着发动机的性能和寿命。而铝合金曲轴箱的制造则离不
开高质量的压铸模具。而模具温度的控制是制造高质量铝合金曲轴箱
的关键之一。下面就让我们来简析一下铝合金曲轴箱压铸模具温度控
制的方式。
一、模具温度的作用
首先,我们需要知道模具温度的作用。在铝合金曲轴箱压铸过程中,
模具温度的高低将直接影响到铝液在模具中流动和凝固的速度和质量。高温会导致铝液呈现较高的水平流速,较低的黏度和较好的流动性,
有利于铝液进入模具的所有角落。同时,较高的模具温度还可以减少
铝液和模具之间的接触阻力,促进铝液在模具中的填充和流动,减小
由于液态金属在凝固过程中的体积收缩而造成的缺陷。而适当降低模
具温度,则可以加速铝液的凝固速度,增加结晶核的数量,提高曲轴
箱的强度和硬度。
二、模具温度控制的方式
然后,我们需要了解模具温度的控制方式。目前,主要有两种方式,
分别是传统的水冷和新型的加热器加温。
1.水冷
水冷是传统的模具温度控制方式。它将冷却水导入模具中,以冷却模
具并控制它的温度。水冷的优点是成本低、易于操作、成熟经验丰富。但同时也带来了一些问题,如难以控制温度维持稳定、冷却不均匀导
致缺陷产生、水垢和水泡等对模具的腐蚀等。
2.加热器加温
新型的模具加热器加温技术则通过在模具表面安装加热器,并进行控制,以使模具温度达到控制温度。加热器加温技术通过保持模具温度稳定,既可以减少缺陷,又可以减少模具的运行磨损。加热器加温的优点是质量稳定、优秀的控制温度能力、减少缺陷产生、提高生产效率和可维护性。缺点则是相对较高的成本、有一定的技术要求等。
压铸模温度场与铸件质量关系的研究与应用
铸铝合金 YZ Sl 。 A1i2
量传递慢 。根据本开关盒压 铸件薄壁 的特点 ,综 合考 虑升 温速率及温度梯度 的影响 ,采用 20 的预热温度较合理 。 0℃
21 . 参数设置
压 铸 模 成 型 零 件 的 材 料 为 低 碳 铬 钨 钒 耐 热 钢 3 rw8 C 2 V,其 比热容 为 4 o/ (g・ ,密度 为 7 5k / 6j k ℃) 8 0 g
基金项 目:贵州省科学技术基金资助项 目 ( 黔科合 J  ̄ 0 6 1 8 字 - 0 ]20 号) 2
* 作者简介: 于峰 ( 8一) 男, 读研究生, 16 , 9 在 主要从事机械 制造及其自 动化专业方面的 研究。 -a:y77 6. m Em i f 7@1 c . l u 3o
ht :/ ww c s q cr ・ 5・ t p / w.ma t . o 6 e n
2 4不 同浇 注 温 度 对模 具 温 度 场 的 影 响 .
合金浇注温 度一 般 以不 超 过该 合金 液 相线 以 上 2 ~ O
m3 ,热 导 率 为 1 . 3 9o w/ ( ・K) m 。铝 合 金 浇 注 温 度 为 60 ,模具预热温度 为 20 ,模具 与模 具界面 、铸 件界 5℃ 0℃ 面 、空气 、涂料 的热交换 系数分别 为 10 0 0w/ ( mz・ 、 K)
项目15 压铸模温控制系统设计
促进产业发展
压铸模温控制系统的推广应用,可以 推动相关产业的技术进步和产业升级。
提高产品质量
精确的温度控制可以提高压铸件的质 量,满足客户对产品性能和外观的需 求。
07 结论与展望
项目总结
技术实现 经济效益 应用前景 局限性
成功设计并实施了一套先进的压铸模温控制系统,该系统能够 精确控制模具温度,提高产品质量和生产效率。
提高生产效率和产品质量
通过精确控制模具温度,提高产品的成型精度和表面质量,从而提高 生产效率和产品质量。
降低能耗和生产成本
优化系统设计和控制算法,降低能耗和生产成本,为企业创造更大的 经济效益。
提升企业核心竞争力
通过设计压铸模温控制系统,提升企业在压铸行业的核心竞争力,为 企业的可持续发展奠定基础。
减少废品率
精确的温度控制可以降低因温 度波动导致的压铸件缺陷,从 而减少废品率。
延长模具寿命
良好的模温控制可以减小模具 温度波动,降低模具的热疲劳
损伤,延长其使用寿命。
社会效益分析
环境保护
通过优化温度控制,减少能源消耗和 废品率,从而降低对环境的负面影响。
安全生产
稳定的模温控制系统可以降低生产过 程中的安全风险,提高生产安全性。
通过优化温度控制,显著减少了产品缺陷和废品率,为制造商 节省了大量成本。
该系统适用于多种压铸工艺,具有广泛的市场应用前景。
铝合金半固态压铸成形过程的模拟
In testing machine
Crack position in diecasting
Analyzing reason by computer simulation
animation
Un-filling area in the front of gate
半固态流体充型时背压(排气)的影响
物理模型
网格长度单位为1cm
排出的空气
V=A・(c3/L)・(P-P0)・Δt・ΔS
V为空气的体积; A为空气的流动系数; L和c分别是排气口的长度和宽度; P
和P0分别为型内外的空气压力; Δt和ΔS分别是时间步长和排气面积
有无背压的对比
未考虑背压
考虑背压
铸型/铸件之间换热系数的影响
5000W/m2・K
9500W/m2・K
14000W/m2・K
压铸机的推杆速度的影响
0.1m/s
0.5m/s
0.8m/s
压铸机冲头的位移曲线
充型末期和保压阶段 充型主要阶段
此前为 推杆空走
充型末期和保压阶段
充型主要阶段
预备充型(含将料缸 中的坯料推至模具入 口的预备期)
慢压式
快压式
位移曲线测试结果小结
型内流动的测试
坯料加热后的组织形貌
中心位置
压铸工艺参数(二)
4、留模时间 留模时间是指压铸过程中,从保压终了至开模顶出铸件的这段时间。 作用:足够的留模时间,是使铸件在模具内充分凝固,且适度的冷 却可使之具有一定的强度,在开模和顶出时,铸件不致产生变形或拉 裂。 留模时间的选择,通常以顶出铸件不变形、不开裂的最短时间为 宜。然而,过长的留模时间不仅使生产效率降低,而且会带来不良的 后果。例如:不易脱模;因合金的热脆性而引起裂纹;改变了预定的 铸件收缩量等。 综上所述,压铸生产中的压力、速度、温度、时间等工艺参数选择可按 下列原则进行: 1) 铸件壁越厚,结构越复杂,则压射力应越大。 2) 铸件壁越薄,结构越复杂,压射速度应越快。 3) 铸件壁越厚,待续留模时间应越长。 4) 铸件壁越薄,结构越复杂,模具浇注温度应越高。
表3-8为推荐的合金浇入温度。
表3-8 推荐的合金浇入温度
2、内浇口速度对合金温度的影响
当合金液通过内浇口处时,因摩擦生热而使温度稍有升高,这时因 为填充时消耗一定的机械能转化为热能。如果假设通过冲头传递给合 金的机械能完全转化为热能,并均匀地分布于合金内,便可以用下面 方程式表示因加热而升高的温度:
Q=Q1+Q2+Q3
式中 Q ——金属传给模具的热流,kJ/h; Q1——模具自然传走的热流,kJ/h; Q2——特定部分固定传走的热流,kJ/h; Q3——冷却通道传走的热流,kcal/h。
二、时间
脱模剂与模温的关系
脱模剂与模温的关系
在压铸生产过程中,脱模剂一直是作为模具冷却的重要手段。喷涂水基脱模剂时,压缩空气夹带着脱模剂涂敷模具表面的同时,受到高温模具表面对他们的加热,甚至使脱模剂中的水分在尚未接触模具表面时就已经气化,而且随着与模具表面接触时间的不同,水基脱模剂被加热的温度也不同,模具被水基脱模剂冷却的程度也不一样。
压铸生产过程中喷涂脱模剂时模具表面的温度变化。在一个铝合金压铸循环里,压射前模具表面的温度因强制冷却最低可达到205℃左右,但由于热传导的时滞现象和模温控制系统的作用,充型前模具表面温度大约有近
50-100℃的反弹,即达到250-300ºC左右。从铝合金压铸成型凝固工艺的要求来看,一般最佳模温应该是铝合金充型温度的40%左右,因此我们在设计脱模剂化学成分时,一般选取的最佳适用模温范围就在250-300ºC之间。例如日本樱井最新推出的脱模剂MK-TD,只要使用者能保持模温稳定在250-300ºC,其脱模效果好,铸件表面非常光亮,模具不积碳,更不会粘模,模具使用寿命提高。深受压铸工作者的欢迎。
但是我们从压铸厂的信息反馈中也发现,有些压铸厂模具温度在300-350ºC,甚至更高。他们同样使用脱模剂,却不理想,还会出现模具积碳。显然他们必需使用能适应更高温度的脱模剂,也就是说必须是适合的才是最好的。后来改用适宜模温在280-350ºC的MK-TD1 效果明显好转。根据北美压铸协会公布的资料:对于模温的控制,依据喷涂方法的不同,模具内部冷却效果约占50-80%。用自动喷涂,可带走大约40%以上的热量,用手工喷涂,只能带走大约15%的热量,操作习惯不同还有一定的出入,有85%的热量要靠内部冷却和对流。可见,不同的压机,不同的模具结构,不同的模温控制方式,导致不同的模温,其相差可能达到121ºC以上。因此不能千篇一律,即便是同一台压铸机新模具与老模具由于模温不同,对脱模剂的要求和使用效果也不同。
压铸模温和轮廓度的关系
压铸模温和轮廓度的关系
压铸是一种常用的金属零件制造工艺,它通过将熔化的金属注
入到模具中,然后在高压下冷却硬化,最终形成所需的零件。在压
铸过程中,模具的温度和轮廓度是两个至关重要的因素,它们直接
影响着最终产品的质量和性能。
首先,让我们来看看模具的温度对压铸产品的影响。模具的温
度会影响金属的流动性和凝固速度。如果模具温度过高,金属在注
入模具时可能会过早凝固,导致充填不完全或者产生气孔等缺陷;
而如果模具温度过低,金属的流动性会变差,也会导致充填不完全
或者产生冷隔裂等缺陷。因此,控制模具的温度是非常重要的,以
确保金属能够充分填充模具并且凝固成型。
其次,轮廓度对于压铸产品的质量同样至关重要。轮廓度是指
产品表面的平整度和几何形状的精度。模具的轮廓度直接影响着最
终产品的外观和尺寸精度。如果模具的轮廓度不够精准,就会导致
产品表面粗糙、尺寸不准确甚至是形状失真。因此,在压铸过程中,需要确保模具的轮廓度能够满足产品的要求,这通常需要通过精密
加工和精确的模具设计来实现。
综上所述,压铸模温和轮廓度对于压铸产品的质量有着密切的关系。控制好模具的温度,可以确保金属充分填充模具并且凝固成型;而确保模具的轮廓度精准,可以保证产品的外观和尺寸精度。因此,在压铸生产中,需要综合考虑模具的温度和轮廓度,以确保最终产品的质量和性能达到要求。
基于ANSYS的压铸模具温度场模拟研究
距 离型腔表面 4 m范围内 ,温度曲线不平滑 ,有一较高的等温 区。 ~1r 5 a 关键 词 :压铸模 ;温度场 ;A S S N Y 中图分类号: @7 T 6 文献标识码:B 文章编号: 9 1 4 2 l ) z l 5 1 0 -0 3 ( Oo o -o 1-0 0 0
热 交换 系数; r k为流体 的 热导 率; 为流 体 的当量 直 D, 径 ;R 、P 分别为 雷 诺数 、普朗 特数 Ⅲ e r 。
型 和液体 金属 的接 触是 完全 的 , 共 同的 界面温 度 其 为 丁 ,除 了界面 附近 外 ,离界 面较 远处 的 液体金 属 和铸 型温 度 尚未来得 及变 化 , 保持 浇注 温度 和 仍
传热 条件 。
12 1 初始 条件 ..
模具 通过 传导 、对 流 、辐射 以及 模具 表面 喷涂 与冷
却水 吸收 部分 热量 ,使 模具 温度下 降 ,经过 一段 时 间 ,模具 温度 达到 一个平 衡 点。
对于 小型 铸件 来说 ,浇 注时 间很短 ,并且在 浇
注 瞬间 由于高温 液体金 属和 低温铸 型突然 接触而带
来 的边界 处 的温度 变化也 不大 ,所 以 ,对 这类铸件 采取 统一 的初 始条件 , 即初始 条件 取浇 注温 度 , 即:
从 浇 铸充填 到凝 固冷却 ,铸 件铸 型 系统 的传热
过程 是通 过高温 金 属的辐 射换 热 ,液 体金 属与 铸型
压铸模具温差标准
压铸模具温差标准
一、温度范围
压铸模具的温度范围应控制在一定范围内,以确保生产过程中模具的稳定性和产品的质量。通常,模具温度应保持在40℃至60℃之间。
二、温度稳定性
模具温度的稳定性对产品的一致性和模具的使用寿命至关重要。模具温度应保持稳定,以避免因温度波动而导致的模具热裂、产品缺陷等问题。
三、冷却时间
在模具完成注射后,需要经过一定的冷却时间才能打开模具取出产品。冷却时间的长短与模具材质、产品厚度等因素有关,应确保模具充分冷却,以避免因过快的冷却速度导致模具热应力增大、开裂等问题。
四、加热元件
加热元件是用于将模具加热至所需温度的重要部件。加热元件的选型和布局应合理,以确保模具受热均匀,提高加热效率。
五、冷却水路
冷却水路是用于将模具冷却至所需温度的重要系统。冷却水路的布局和设计应合理,以确保模具得到充分的冷却,避免因冷却不均而导致的产品缺陷和模具损坏。
六、温度传感器
温度传感器是用于监测模具温度的重要部件。温度传感器的安装位置和数量应合理,以确保准确监测模具温度,为控制模具温度提供可靠依据。
七、热膨胀
压铸过程中,模具材料会因受热而膨胀。因此,在设计和制造模具时需要考虑材料的热膨胀系数,以确保模具在使用过程中尺寸稳定,避免因热膨胀导致的产品缺陷和模具损坏。
八、温度曲线
温度曲线是描述模具温度随时间变化的曲线。通过对温度曲线的监测和分析,可以了解模具的加热和冷却过程是否正常,及时发现并解决存在的问题,提高产品质量和生产效率。
压铸件常见缺陷及改善对策-V1
压铸件常见缺陷及改善对策-V1
压铸件是一种常见的工业制品,由于生产过程中可能存在各种因素,会导致压铸件出现各种缺陷,影响产品性能和质量。本文将介绍一些常见的压铸件缺陷及改善对策。
一、表面缺陷
常见的表面缺陷包括气孔、氧化皮、气泡等。主要原因是压铸件未能完全充填模具或模具表面质量不好,而且模具温度、金属液温度等可能有偏差。改善对策包括提高模具温度,保证金属液温度稳定,采用优质钢材制造模具,以及增加压力和时间等措施。
二、尺寸偏差
尺寸偏差是指制品与设计要求值之间存在的误差,会影响零部件的配合、装配和使用。主要原因是模具和设备的磨损,温度控制不精确,以及金属液流动不均匀等。改善对策包括定期维护模具,保证设备工作正常,加强温度控制,优化金属液流动情况,以及采用精密仪器检测尺寸等。
三、瘤等内部缺陷
瘤是一种内部缺陷,通常出现在薄壁部分或不易充填的区域。瘤的产生与模具的设计、金属液的配比、铸造工艺等因素有关。改善对策包括优化模具设计、调整金属液比例,控制铸造工艺参数以及加强质量检测等。
四、内部卷边
压铸件内部卷边是指制品的边缘有一定程度的拱形或曲度,通常出现
在加强部位或边缘区域。主要原因是模具设计不合理,金属液充填不
充分或充填不均匀等。改善对策包括优化模具结构,充分充填金属液,增加压力和时间等。
综上所述,良好的压铸件质量得到保障需要生产各环节掌控的精细化、全面化。压铸件企业应高度重视成品缺陷的发现与分析,全面推进生
产设备、工艺、材料的控制管理,确保完美制品的生产。
铝合金压铸模具温度场数值分析
卫: 铝合金压铸模具温度场数值分析
8 1
2 压铸过程温度场控 制方程和边界条件
2 1 数 学模 型 的建立 .
在对铝合金压铸件及其模具进行数值模拟时, 根据压铸的传热特点, 可将一个压铸循环过程简化为四个
阶段 。第一 阶段 : 金属 液充型 、 固 ; 二 阶段 : 凝 第 开模 、 出铸件 ; 三阶 段 : 涂料 ; 四阶段 : 顶 第 喷 第 合模 , 待下次 等
础 。
关 键词 :铝合 金 ; 压铸模 具 ; 温度 场 ; R C S PO AT 中图分 类号 :T 2 9 2 G 4 . 文献标 识码 :A 文 章编 号 :10 2 9 (0 7 0 0 8 0 0 8— 7 4 2 0 )4— 0 0— 4
压铸过程是利用高压力 、 高速度迫使浇入压铸机的熔融或半熔融状态 的金属在极短 时间内充满压铸模 的型腔。在这样的充填条件下 , 虽然金属压铸模的导热性很高 , 蓄热能力很强 , 但要求 在压铸模 型腔 内获得 形状完整、 轮廓清晰、 尺寸精度高的铸件, 必须得选用合理的模具结构和压铸工艺 , 而压铸模具的尺寸精度和 使用寿命在很大程度上取决于其在压铸过程中热应力和其产生的变形 。而实际测量模具的热应力难度大、 成本高 , 故采用有限元数值模拟的方法 , 预测铸件和模具在工作中的温度场 的分布 , 通过温度梯度的分析预 测应力集 中的部位 , 并预测裂纹可能 出现的位置, 从而为优化模具结构和压铸工艺提供依据 。 ] 本文通过对铝合金压铸模具的温度场模拟 , 分析了不同压铸工艺时模具的温度场分布 , 为确定压铸工艺
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Surface temperature of tools during the high-pressure die casting of aluminium
高压铝压铸成型过程中模具表面温度的变化
abstract: The objective of this work was to determine the temperature experienced within a pressure die-casting tool during alunimium part production. It was important to determine the temperature profile of the production process so that an accurate thermal cycle could later be simulated. The research overcame several challenges of this aggressive environment to show that the surface temperature of a die could be obtained from an H13 steel tool running on an aluminium pressure die-casting machine. The results show that the surface of a typical aluminium pressure die-casting tool heats to 400-450C within approximately 1s and cools to 150-200C within approximately 20s。
摘要:此次工作的目标是为了测定在生产铝件产品时压铸模具内部温度的变化情况。重点是确定产品在生产过程中模具的温度变化曲线,并且描绘出精确的热量周期曲线。研究需要克服恶劣工作环境的挑战,从而得出在铝压铸机中应用H13钢材制作的模具浇注系统的情况下,压铸模具表面温度的变化情况。研究结果显示出普通的铝压铸模具温度达到400~450度时大约需要1s,而冷却到150~200度时大约需要20s的时间。
Keywords: surface temperature, tools, high-pressure die casting, aluminium
关键字:表面温度模具高压压铸铝
1 Introduction
In cold-chamber die casting, the molten material is forced into the die via a hydraulic plunger-piston in three controlled phases producing high-quality castings. The process can be used with zinc-, magnesium-,aluminium-,and copper-based alloys.
1、简介
对于冷室压铸成型,熔融的材料是通过冲头作用挤压进入到模具中,通过对三个阶段的控制能够生产出高质量的制件。这种成型方法能够使用的材料为以锌、镁、铝、铜为基体的合金。
Phase1 is termed take up and slowly pushes the aluminium towards the die with minimum turbulence.
阶段1是压铸开始并且缓慢将铝液推动进入模具,从而得到最小的铝液波动。
Phase2 is the injection phase (filling of the die cavity). The cold-chamber pressure die-casting process typically casts aluminium alloys which are injected at 700-750C depending on the die geometry. This phase has to be fast enough to prevent chilling while the alloy is filling the die. The speed of this phase is approximately 10 m/s and typically takes 0.05-0.1s; however, speeds
can be as high as 100m/s. During this phase, any gases are expelled via machined vents in the die and through the parting line.
阶段2是注射阶段(充填模具型腔)。冷室压铸成型普遍使用铝合金,其能够在温度为700~750度时充填入压铸模的型腔中,形成几何形状。这一过程必须足够快速,并且要防止合金充填模具时发生急剧的冷却。这一阶段的速度大约是10m/s,并且普遍的充填时间为0.05~0.1s;甚至速度可以提高到100m/s。在此阶段,型腔中的气体都要经由模具中的机械装臵或者是通过分型面排出型腔。
phase 3 is the compaction phase, as the alloy solidifies in the cavity it begins to shrink away from the surface of the die. The force applied to the alloy (50-70 N/mm2) reduces this effect and reduces the size of inclusions and porosity caused by air, trapped during injection.
The die is usually water cooled and the surface sprayed with water-based die lubricant, causing thermal shock.
阶段3是压实阶段。这一阶段中型腔中合金开始凝固,并且从模具型腔表面位臵处开始收缩。当对型腔中的铝液施加一定的压力时(50~70N/mm2),能够减小体积收缩,能够减小内部部件的尺寸变化,并且能够消除由于气体和收缩造成的内部孔洞。
模具通常采用水冷,并且表面采用水基润滑剂进行喷雾,这都造成模具的热量波动。
The most important properties required of materials for die-casting tools are resistance to thermal fatigue and resistance to softening at elevated temperatures. Resistance to softening is required to withstand the erosive action of molten metal under high injection pressures and speeds. The performance of die-casting dies is related to the casting temperature of the work metal, the thermal gradients within the dies, and the frequency of exposure to a high temperature. During the high-pressure die casting of alumunium the die has to withstand severe operating conditions such as high pressure and rapid temperature fluctuations and, over time, tool failure occurs [2,3]. In actual die casting, the dominant tool failure mechanism is thermal fatigue cracking [4]. Initially molten metal contacts the die and causes the surface temperature to increase above that of the interior of the die [5]. The die face starts to expand; however, the cooler underlying layer resists this expansion creating a temporary compressive stress layer [6,7]. When the casting is removed, the die surface starts to cool and, as it does, the surface shrinks or contracts. The surface cools more quickly than the interior of the die; this places the subsurface of the die into residual tensile stress, which is made worse by the application of die lubricant [8]. During further cycling, the die surface is subjected to alternating compressive and tensile stresses that result in plastic deformation [9]. Continued cycling reduces the yield strength of the tool, causing increased residual tensile stresses to develop and cracks to initiate. This type of cracking is more prevalent in aluminium and brass die casting because of the higher temperatures and resulting thermal shock by the molten metal.