A380铝合金压铸温度场模拟
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，将非线性问题抽象为连续的线性算子；五、结果分析1.将上述模型结合实际工艺参数求解，得到模具表面以及其内部的温度分布；2.模拟出压铸件内部温度分布，得到流场温度场的三维分布模型；3.以重建真实的温度分布模型，在模拟出来的温度分布模型上考虑影响效果；4.将模拟出来的温度分布模型与实际工艺数据对比，以评估温度分布的正确性。
A380铝合金压铸温度场模拟
A380铝合金压铸温度场模拟如图所示汽车传动轴,用A380铝合金半固态触变压铸成型工艺可获得重量轻、强度高、综合力学性能优越的零件，能够满足未来汽车工业轻量化、节能环保的要求。
查相关资料，A380铝合金半固态触变压铸成型工艺的浆料温度为570℃，模具预热温度为200℃，冷却水对流换热系数为450W/（m2·℃）, A380铝合金密度为2730㎏/m3, 模具材料密度为7800㎏/m3,导热系数为21W/（m·℃），比热为110J/（㎏·℃）。
A380铝合金热性能参数相关尺寸在建模时提及，不赘述。
为简化建模，只取冷却水包络面以内的模具和铸件建模。
操作步骤1.定义工作标题和文件名（1）指定工作文件名：执行Utinity Menu/File/Change Jobname命令，在【Enter new Name】文本框中输入“WBA.file”,单击OK按钮。
（2）指定工作标题：执行Utinity Menu/File/Change Title命令，输入“Casting Solidification”, 单击OK按钮。
2.定义单元类型和材料属性（1）定义单元类型：执行Main Menu/Preprocessor/Element Type/Add、Edit、Delete命令，单击Add按钮，选择如下图选项，单击OK按钮。
（2）定义材料特性：执行Main Menu/Preprocessor/Material Props/ Material Models命令，双击【Material Models Available】列表框中的“Thermal/Conductivity/Isotropic”选项，定义模具导热系数（KXX）为“21”，接着双击“Thermal/Specific heat”选项, 定义模具比热（C）为“110”，单击OK按钮。
接着双击“Thermal/Density”选项, 定义模具密度（DENS）为“7800”，单击OK按钮。
压铸件凝固过程温度场变化的计算机模拟
具有通用性的初始温度及边界条件。 在测温试验时 采用了多支热电偶分别测量了铸件的薄壁区、厚壁 区及几何形状剧烈变化区的表面温度随时间变化的 情况, 并将相应的测量结果进行了二次曲线拟合, 得 到了几条分别相对于不同区域的铸件表面的降温曲 线。
4 区域归属判定算法
此时面临的一个难题是如何确定铸件表面上的 各个节点属于哪一区域, 服从何种降温曲线。这是由 于对压铸件造型文件进行计算网格划分后丢失了模 型表面点的几何拓扑信息所致。 在这里采用扫描线 技术来确定压铸件表面节点的归属。 首先确定哪些 节点是位于铸件与铸型接触面的表面节点, 构造
3 基于物理模型的有限差分计算
311 计算方法的选择
有限差分法的物理基础是能量守恒定律, 它是
从微分方程出发, 将求解区域经过离散处理后, 用差
商近似代替微商, 将微分方程和边界条件的求解归
结为求解一个线性代数方程组, 从而得到一个数值
解[4]。 有限差分法在计算时仅局限于规则的差分网
格 (正方形网格、矩形或正三角形网格) , 但其计算比
对铸件凝固过程计算机模拟的研究目前主要集 中在砂型浇注件的凝固模拟上, 在压铸件与压铸模 的设计中采用计算机进行凝固过程数值模拟的则少 见报道。因此, 针对压铸特点进行压铸件凝固过程温 度场的计算机模拟研究, 开发适合厂家需求的、计算 精度较高的计算机数值模拟及可视化软件并进而构
成一个压铸件、压铸模 CAD CA E CAM 系统, 对加 速用计算机技术改造传统铸造工艺的步伐, 提高厂 家快速适应市场的能力具有重要意义[ 1 ]。
叙词: 压铸件 计算机模拟 温度场 可视化
中图分类号: T G249. 2; T P391. 41
文献标识码: A
Com puter S im ula tion of Tem pera ture F ield in a D ie Pressed Ca sting
大型复杂铝合金压铸件成形数值模拟及工艺优化
大型复杂铝合金压铸件成形数值模拟及工艺优化大型复杂铝合金压铸件成形数值模拟及工艺优化随着现代工业的发展，大型复杂铝合金压铸件在航空、汽车、机械等领域中得到了广泛应用。
然而，这些铝合金压铸件的成形过程非常复杂，需要考虑多种因素，如材料流动、温度变化、应力分布等。
因此，采用数值模拟方法对铝合金压铸件的成形过程进行优化，可以提高生产效率、降低成本、提高产品质量。
数值模拟方法是一种通过计算机模拟物理过程的方法，可以预测材料流动、温度变化、应力分布等参数。
在铝合金压铸件的成形过程中，数值模拟方法可以帮助工程师预测材料流动、温度变化、应力分布等参数，从而优化成形工艺，提高产品质量。
在铝合金压铸件的成形过程中，材料流动是一个非常重要的因素。
数值模拟方法可以帮助工程师预测材料流动的路径和速度，从而优化模具设计和成形工艺。
此外，数值模拟方法还可以预测温度变化和应力分布，从而帮助工程师优化成形工艺，减少缺陷和变形。
在铝合金压铸件的成形过程中，温度变化也是一个非常重要的因素。
数值模拟方法可以帮助工程师预测温度变化的分布和变化趋势，从而优化成形工艺，减少缺陷和变形。
此外，数值模拟方法还可以预测应力分布，从而帮助工程师优化成形工艺，减少缺陷和变形。
在铝合金压铸件的成形过程中，应力分布也是一个非常重要的因素。
数值模拟方法可以帮助工程师预测应力分布的大小和分布情况，从而优化成形工艺，减少缺陷和变形。
此外，数值模拟方法还可以预测材料流动和温度变化，从而帮助工程师优化成形工艺，减少缺陷和变形。
综上所述，数值模拟方法在大型复杂铝合金压铸件的成形过程中具有非常重要的作用。
通过数值模拟方法，工程师可以预测材料流动、温度变化、应力分布等参数，从而优化成形工艺，提高产品质量。
因此，数值模拟方法将在未来的铝合金压铸件生产中得到广泛应用。
anycasting压铸仿真分析报告
反向显示技术是AnyCasting的独 特技术，在充型的任意时刻的状 态下，它可以捕捉是否发生卷气 或裹气的现象
分析：
1、低速初始阶段就存在卷气
2、该处流道设计需要优化 3、或者可适当降低低速压射速度
9
充型过程分析
▶充型过程局部模式
低速阶段，时刻0.371s 分析： 1、随着低速阶段的继续进行，中间主流道 G1先得到填充并开始填充铸件型腔部分， 而两侧的次流道G2、G3落后，尤其是G3还 没有完全充满 2、G3可适当调整至距主浇道G1更近的位置
冷却水路分析
▶模具温度的分析
C2.1
B A
B’ A’
蓄热部位
A-A’剖面
在此处增加冷却水路
C1 (线冷)
B-B’剖面
模具具温度的分析
E
蓄热部位
D
D’
C2.1
在此处增加冷却水路 C-C’剖面
C
C’
次两处蓄热位于抽 芯位置，应从抽芯 上将热导走
C1 (线冷)
4
模拟条件
▶ 输入模拟条件
铸件材料 浇注温度 材料 预热温度 工作温度 使用直径 低速/高速 冷却水路 冷却介质 油 控制时间 常开 AA 380 620 ℃ SKD61 180 ℃ 280 ℃ 100 mm 0.2/3 m/sec 控制温度 进口 出口 120℃ 160℃ 流量 100 ml/s
10
充型过程分析
▶充型过程局部模式
分析： 1、随着压射的进行，已有低速 充型转向高速充型，G2、G3内 浇道也开始填充铸件型腔 2、由于铸件两侧呈平板形状， G2、G3的填充出现了“喷射” 现象
11
高速阶段，时刻0.374s
高速阶段，时刻0.38s
流变压铸A380铝合金的显微组织与力学性能
流变压铸A380铝合金的显微组织与力学性能祁明凡;康永林;周冰;张欢欢;朱国明【摘要】Taking auto control arms for example, the rheo-diecasting process of A380 alloy was obtained by combing a self-developed forced convection mixing rheoforming machine (FCM) with a diecasting machine. The microstructural characteristics of FCM rheo-diecasting parts in various processing parameters were investigated. The differences of rnmicrostructures, internal defects and mechanical properties in traditional diecasting parts and rheo-diecasting parts were compared. The formation mechanism and solidification behavior of semisolid slurry were analyzed in FCM rheo-diecasting process. The results show that raising rotation speed or decreasing barrel temperature appropriately is beneficial to optimize the microstructure of rheo-diecasting parts. The process not only can get parts with fine, spherical and uniformly distributed primary α(Al) particles, but also is able to increase mechanical properties and decrease pore defects of parts evidently. Compared with traditional diecasting, the tensile strength, yield strength and elongation of FCM rheo-diecasting parts are increased by 10%, 4% and 140%, espectively.%将自主研发的强制对流搅拌制浆装置(FCM)与压铸机结合,以汽车控制臂为例,成功实现 A380 铝合金的流变压铸成形.研究FCM工艺参数下铸件组织特征的演变,对比传统压铸与FCM流变压铸工艺下铸件显微组织、内部缺陷和力学性能的差异,分析 FCM 流变压铸工艺组织形成机理及其凝固行为.结果表明:适当提高螺杆转速或降低内筒温度,均有利于改善铸件的组织形态;FCM流变压铸工艺不仅可以获得内部组织细小、圆整且分布均匀的铸件,而且可以显著减少铸件内部气孔缺陷和提高铸件的力学性能.和传统压铸件相比,FCM流变压铸件的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了10%、4%和140%.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2015(025)008【总页数】11页(P2029-2039)【关键词】A380铝合金;强制对流搅拌;流变压铸;组织演变;力学性能【作者】祁明凡;康永林;周冰;张欢欢;朱国明【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TG146.2压铸作为一种高生产率的近净成形工艺，在汽车、通讯、机电等领域得到了迅猛发展和广泛应用[1-3]。
基于ANSYS的铝合金铸件凝固过程温度场的数值模拟
中图分 类 号 ： Ｇ ４ ２ １ 文献标 识码 ： 文章 编号 ： ０ ６ ９ ５ （ ０ ８） ４ ４ Ｔ １ ６． ： Ａ； １ ０— ６ ８２０ ０—
固 过程 的温 度场 分 布进行 了数值模 拟 。 １ 计 算 温度 场 的数 理模 型 实 验 所 用 材 料 为 Ａ 一 ％Ｃ ｌ４ ｕ合 金 ，由高 纯 度 Ａ ｌ （ ９９ ％ ） 电 解 Ｃ （ ９９ ％ ） 电 阻 炉 中 的石 墨 坩 ９ ．９ 和 ｕ ９． ９ 在 埚里 熔炼 。采用 砂 型铸 造 。合 金 熔 体 的浇 注 温度 为 ９ ０Ｃ， 温 为 ２ ℃。 为使 铸件 在 长 度方 向上 快 速凝 ０￣ 室 ５ 固 ， 铸 件 的末 端 放置 一冷 铁 。 在
铸造 凝 固过 程数 值 模拟 技术 是 学科 发 展 的前 沿 领域 ， 括宏 观模 拟 （ ｃｏ Ｍｏ ｅ ｉｇ 和 微 观 模 拟 包 Ｍａｒ— ｄ ｌｎ ） ｌ （ ｃｏ Ｍｏ ｅｌ ｇ 。其 中 以研 究铸 件凝 固过 程 中温 Ｍｉ — ｄ ｌｎ ） ｒ ｉ 度场 变化 规律 为基础 内容 的数值 模 拟 ，被许 多学 者 称 之 为铸 件凝 固过程 的宏 观 模拟 。它是 指从 传 热 学 角度 模拟 金属 从 液态 转 变为 固态 的过程 ，在存 在 相
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基于 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ的铝合 金 铸 件 凝 固过 程温 度 场 的数 值 模 拟
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｉｌ ｅＳ ｌ ｉ ｃ ｔｏ ｏ ｅ ｓ ｍ ｒｃ ｌ ｍ ｌ ｔｏ ｆ Ｓ Ｔｅ ｅ ａ ｕ ｅＦ ｅ ｄ ｉ ｔ ｏ ｉ ｆ ａ ｉ ｎＰｒ ｃ ｓ ｎ ｈ ｄｉ ｏ ｌ ｙ Ｃａ ｔ ｓ ｄ ＯｎＡＮＳ ｆ Ａｌ ｓ ｅ Ａｌ ｏ Ｂａ ＹＳ
A380铝合金齿轮室压铸件开裂机制分析及改善
A380铝合金齿轮室压铸件开裂机制分析及改善压力铸造（简称压铸）是现代工业最常用的一种特种铸造方法，其成型原理是液态金属或者半固态金属在较高的压力作用下以非常高的速度充填进入压铸模具型腔中，然后在一定压力作用下成型、冷却、凝固并且最终获得铸件的一种铸造工艺[1]。
A380铝合金由于其具有良好的铸造性能、密度小、比强度高、便于机械加工等优势，广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域[2]。
A380合金为Al-Si-Cu系铝合金，Cu作为强化元素，能固溶于铝基体相或形成细小的强化相，可以提高合金的抗蠕变性能及硬度，多用于汽车变速箱、发动机零部件以及各类电子产品外壳连接件等。
压铸最大的缺点是压铸过程中液态金属或者半固态金属以非常高的速度喷射进入型腔，型腔中的气体来不及排出，不可避免地卷入到金属液中，随着金属液的冷却和凝固，保留在铸件中，产生气孔缺陷，这不仅导致压铸件性能有所下降，也使得压铸件不能进行热处理和焊接，此外也不宜在高温下工作。
压铸铝合金结构件的失效，主要与压铸工艺参数、产品结构设计、模具设计以及服役载荷等因素有关。
针对A380铝合金压铸成形的发动机齿轮室在装配悬置区发生开裂失效进行分析，通过采用电子扫描电镜、金相显微镜、光谱分析仪、硬度仪、X光探伤等检测方法进行观察分析，同时结合有限元数值模拟软件进行受力情况分析，为进一步预防发动机齿轮室产品开裂优化改善提供参考。
1 产品基本信息开裂产品为汽车发动机齿轮室，产品结构如图1所示。
产品材质为A380 ASTM B85-02，轮廓尺寸为690 mm ×530 mm×55 mm，产品单重26.733 kg，产品内部缺陷按照ASTM E505 按2级验收，平均壁厚为5.5 mm，主要壁厚为4.5 mm，抗拉强度≥320 MPa，屈服强度≥160 MPa，伸长率≥3.5%，硬度（HB）≥80。
图1 齿轮室产品结构图Fig.1 Gear chamber product structure drawing2 分析试样选取及分析方法试验材料取样部位分别为齿轮室两侧悬置区和底部开裂区域，每处开裂区域取两个试样进行分析，取样位置如图2~4所示。
铝合金半固态流变压铸过程数值模拟及试验验证_唐景
··1971年，Flemings 和Spencers 在用Couette 黏度计测定Sn-15%Pb 的黏度的试验中，发现了半固态金属组织[1]。
于是，Flemings 依据试验结果提出了半固态金属成形的概念，并对其做了系统的开拓性研究[2-4]。
半固态金属成形的优点在于，它可以采用较低的成形温度，提高模具寿命，减少铸件凝固收缩率，减少压铸过程中的卷气和氧化，提高铸件性能[5]。
因此，人们开始将半固态金属成形技术应用于工业领域，并取得了一定的成果[6-8]。
在半固态金属成形技术中，铝合金半固态流变压铸由于越来越明显的经济性，逐渐成为重要的研究方向[9]。
然而，半固态流变压铸的产品由于工艺设计的问题，往往容易产生卷气和缩孔缩松缺陷。
于是，Jae 等人开始采用数值模拟的方法来对半固态浆料的充型和凝固过程进行分析，从而预测铸件可能产生的缺陷[10-12]。
本课题采用铸造仿真软件对Al-Si 合金半固态流变压铸的充型及凝固过程进行数值模拟，准确预测了铸件卷气以及缩孔缺陷，并对工艺参数和模具的设计进行了优化，减少了卷气及缩凹缺陷。
同时解释了铸件不同部位不同显微组织的形成原因，为Al-Si 合金半固态流变压铸的模具设计和工艺试验提供借鉴。
1模拟过程1.1数学模型在几何型腔中，带有自由表面的高温半固态金属连续流动，且向周围传递热量。
Al-Si 合金半固态浆料可以看做均匀的、连续的、不可压缩的流体。
它遵循质量守恒、动量守恒、能量守恒定律[13]：其黏度模型采用幂律模型进行描述[14]。
唐景，董选普，张磊，潘璋，王文俊，樊自田（华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室，湖北武汉430074）摘要：采用模拟软件对Al-Si 合金半固态流变压铸的充型和凝固过程进行模拟，并与试验进行了对比。
结果表明，浇注温度为610℃、压射速度为90mm/s 、料柄及内浇口直径为40mm 时，半固态压铸的卷气以及缩凹缺陷明显减少。
铝合金压铸模具温度场数值分析
一
般认 为 压铸充 型在 瞬 间完成 ， 压铸 模具 在周 期性 的压 铸 生产循 环过 程 中不断地 被 加热 和冷却 ， 经过 一
定 的周期循 环达 到热平 衡 ， 铸件 浇注 温度 和模 具 的预热 温度 对压 铸过 程 中的温 度分 布有很 重要 的影 响 ， 采 故 用不 同的浇注温 度和模 具预 热 温度进行 分 析 。 ２ ２２ 边界 条件 ．． 在 压铸 过程 中 ， 多种边 界条 件 ， 模具／ 件 ； 具／ 具 ； 具／ 气 ； 具／ 有 如 铸 模 模 模 空 模 冷却 通 道及 模 具／ 涂料 ， 在 模 拟计 算时 要考虑 它们 的界 面传 热系数 ， 公式 表示 为 ： 用
参数 提供 参考 ， 为进 一步模 拟模 具的应 力场 分布 打下 了基 础 。
１ 模拟的压 铸件和模具
选 用 的压 铸件平 均壁 厚 为 ５ ｍ， ｍ 压铸过 程 中蓄热 量较 大 ， 具 温度 场效 果 明显 ， 于 温度 场模 拟 。模 拟 模 适 部 分包 括铸件 、 动模 和定 模 。 压铸 件材料 为 ： Ｚ １ｉ０ ｇ 液相线 温度为 ６６Ｃ ， Ｙ ＡＳ１Ｍ ； １￣ 固体 相线 温度 为 ５６Ｃ， 导率 、 度 和焓 都是 随 温 ５￣ 热 密 度变化 的函数 。
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第 ２ 卷第 ４期 １
２０ ０７年 ４月
常熟Ａ＿ 学院学报 （ ｒ － 自然科 学版 ）
Ｊｕ ａ ｏ ｈｎｓｕＩｓｔｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ （ ａｕａ Ｓｉｎｅ） ｏｒ ｌ ｆ ａｇｈ ｔｕｅ ｆ ｃｎｌ ｙ Ｎ ｔｒｌ ｃｅｃｓ ｎ Ｃ ｎｉ Ｔ ｏ
Ｖｏ ＿ ｏ ４ ｌ２１ Ｎ ． Ａｐ ．，０ ７ ｒ ２ ０
铝 合 金压 铸 模 具 温 度场 数 值 分 析
超高压输变电用铝合金铸件的温度变化与热扩散性能研究
超高压输变电用铝合金铸件的温度变化与热扩散性能研究1. 引言超高压输变电系统在现代电力输送中起着关键作用。
在这些系统中，输电线路和变电站等关键组件承受的高温、高压以及大电流条件下，需要具备良好的热扩散性能。
铝合金铸件广泛应用于输变电系统中，因其具有良好的导热性和机械强度。
本文旨在研究超高压输变电用铝合金铸件的温度变化与热扩散性能，以提高系统的安全性和可靠性。
2. 研究方法2.1 材料选择本研究选用常用的铝合金材料，如A356和铝硅合金等。
这些材料具有良好的导热性和机械强度，能够耐受高温和大电流条件下的工作环境。
2.2 温度变化模拟实验通过在实验室中搭建符合超高压输变电系统工作条件的实验平台，模拟不同工作环境下的温度变化情况。
通过在铝合金铸件表面安装温度传感器，并在实验过程中记录温度数据，以了解温度随时间的变化规律。
2.3 热扩散性能测试利用热扩散性能测试仪器对铝合金铸件进行热扩散性能测试。
测试过程中，通过施加不同温度的热源，测量铸件表面的温度分布，从而得到铝合金铸件的热扩散系数。
3. 结果与讨论3.1 温度变化规律实验结果显示，在不同工作环境下，铝合金铸件表面温度随时间的变化呈现不同的规律。
当系统处于高温、高压和大电流条件下时，铸件表面温度上升较快，且达到较高温度。
这是由于铝合金的导热性能优良，使其能够快速吸收和传导热量。
3.2 热扩散性能通过热扩散性能测试，得到了铝合金铸件的热扩散系数。
结果表明，铝合金铸件具有较高的热扩散性能，能够迅速将热量传导到周围环境。
这有助于提高系统的散热效率，保持组件在稳定的温度范围内运行。
4. 影响因素分析4.1 材料性能铝合金的导热系数是影响热扩散性能的重要因素之一。
铝合金中添加适量的合金元素，如铜和镁等，可以改善其导热性能。
此外，铝合金的晶粒尺寸和晶界结构也会对热扩散性能产生一定影响。
4.2 温度梯度温度梯度是指铝合金铸件表面和内部温度的差异。
温度梯度越大，热量传导的速度越快，热扩散性能越好。
铝合金大扁锭半连续铸造温度场与应力场的三维有限元仿真分析
Ａ Ｏ／ｘ Ｏ／ｙ ＝ ｌ 一 （Ｔ ＋ Ｔ ）ｈ（ ） Ｏ Ｏ
式 中：一 板坯材料 的导热系数 ｗ （ ｋ ； Ａ ／ｍ・ ） ＾ 结晶器 与饭坯之间的换 热系数 Ｗ （ ２ｋ 。 广 ／ｍ ￣ ）
来稿 日期 ：０ ６ １— １ ２ ０ — ２ ２
Ｔ ｏ （） ３
（） ３ 铝溶体液表面与环境 空气发生对流 、 辐射传热 ：
一
１ 传热控制方程及边界条件
半连续铸造金 属的冷却凝固过程从传热学角度上讲是一个
三维非稳态传热过程 ， 其传热控制方程可以写成 ：
ｄＴ ＝ 舱
Ａ Ｏ／ｘ Ｏ／ｙ ＝ 一 ） （ＴＯ＋ Ｔ ）ｈ（ Ｏ
（） ６
式 中：
坯 密度 ，／ｍ ； ｇ ｃ ｃ 请 坯 比热容 ， （ ・ ； —铸 坯导 Ｊ ｇ ℃）Ａ ／
（） ６ 铝锭与冷却水发生对流换热 ：
一
热系数 ， ／ｍ－ ｗ（ ｏ７ Ｃ；
Ａ Ｏ／ ＋ ＴＯ ）ｈ（ 一 ） （ＴＯ Ｏ／ ＝ ： ｘ ｙ
（） ７
散项 ，／； 温度 ， Ｊｇ卜 ｏ ｒ Ｃ；一时 １ ｓ ９，；
中图分类 号 ： ２ １ ２ 文 献标识 码 ： Ｏ ４． ８ Ａ
在 ＭＳ ． Ｒ ＣＭＡ Ｃ平台上对扁锭 的半连铸过程进行 热力耦合 有限元仿真分析 ，探讨 了通过工艺参数控制与降低温度梯度 和 热应力水平 、 实现无裂纹铸造的工艺途径 。 （） ２ 结晶器人 口处即铝溶体液 面， 为等温边界条件 ： 视
的实体倒数 。
—铸 坯温度对传热 时间
式 中： Ａ ＿ Ａ、『 铝锭和 结晶器材料 的导 热系数 ； ｈ、 ＾、 ｈ 分别为结
铸造工艺中的温度场仿真模拟研究
铸造工艺中的温度场仿真模拟研究在现代制造业中，铸造工艺是广泛应用的一种成型工艺。
虽然随着科技的不断进步，人们在铸造工艺中使用的工具和设备得到了不断的升级，但是对于铸造工艺中温度场的模拟和分析仍然是一项重要的研究领域。
温度场的仿真模拟可以帮助人们深入了解铸造过程中温度分布的情况，进而控制铸造过程中的温度变化，提高产品质量和生产效率。
下面我们将从三个方面来介绍铸造工艺中的温度场仿真模拟研究。
1.温度场模拟的意义温度场是铸造过程中极为重要的一个方面，它涉及了铸造过程中的熔融、凝固、冷却等各个阶段。
通过针对温度场的仿真模拟，可以准确地模拟出铸造材料中的温度变化规律，帮助工程师们判断铸造过程中的冷却速度和变形程度，并给出调整策略。
同时，温度场的模拟也能够为产品的制造提供重要的参数，如硬化深度、冲击韧性、塑性等性能，从而实现铸造效率的提高和产品质量的提升。
2.温度场模拟的方法目前，常用的温度场仿真模拟方法主要有数值模拟方法和实验方法两种。
数值模拟方法主要有有限元法、微观动力学模拟法、组织模型分析法、计算流体动力学等。
其中，有限元法是广泛应用的一种方法，它通过数学模型把铸造材料分离成众多小单元或有限元，然后对每一个有限元进行具体的计算，最终求得整个体系的稳态或者动态分布特性。
这种方法的优点就在于可以准确地模拟真实情况，缺点是需要电脑计算，时间周期较长。
实验方法主要有光纤测温法、热像仪、热电偶等。
这种方法的优点就在于可以获得准确的实际数据，缺点是成本比较高且难以进行长时间的数据获取。
有了数值模拟和实验方法的基础，可以对铸造过程中的温度场进行比较全面的分析、量化研究，并选择最优的工艺参数和模具设计等相关因素。
3.温度场模拟的应用温度场模拟在现代制造业中已经广泛应用。
以下是一些常见应用案例：（1）汽车轮毂铸造。
通过数值模拟得出轮毂铸造过程的温度变化规律，并且在相应的模具设计上优化，最终成品的尺寸和性能均得到显著提高。
《2024年三种铸造模拟软件对大型薄壁复杂铝合金舱体件低压铸造模拟对比分析》范文
《三种铸造模拟软件对大型薄壁复杂铝合金舱体件低压铸造模拟对比分析》篇一一、引言随着现代制造业的快速发展，铸造工艺在航空航天、汽车制造、船舶工程等领域的应用越来越广泛。
大型薄壁复杂铝合金舱体件作为重要部件，其制造过程对于铸造工艺的准确性和可靠性要求极高。
因此，采用铸造模拟软件进行低压铸造模拟分析显得尤为重要。
本文将就三种主流铸造模拟软件对大型薄壁复杂铝合金舱体件低压铸造过程进行对比分析，以期为相关领域提供参考。
二、三种铸造模拟软件概述1. 软件A：该软件采用先进的数值计算方法，可对铸造过程中的温度场、流场、应力场等物理场进行精确模拟。
同时，该软件具有丰富的材料库和工艺库，适用于多种合金和铸造工艺。
2. 软件B：该软件以快速、准确、稳定为特点，采用先进的网格自适应技术，能够自动调整网格大小和数量，以适应复杂的铸造过程。
此外，该软件还具有强大的后处理功能，可方便地提取和分析模拟结果。
3. 软件C：该软件在铸造模拟领域具有较高的知名度，其特点在于对铝合金等金属材料的模拟具有较高的精度。
同时，该软件支持多物理场耦合模拟，可全面考虑铸造过程中的各种影响因素。
三、三种铸造模拟软件对大型薄壁复杂铝合金舱体件低压铸造模拟对比分析1. 温度场模拟对比：三种软件在模拟大型薄壁复杂铝合金舱体件低压铸造过程中的温度场时，均能较好地反映实际铸造过程中的温度变化情况。
然而，在细节处理上，软件A和软件C在温度梯度和热传导方面的模拟结果更为精确。
2. 流场模拟对比：在流场模拟方面，软件B的网格自适应技术使其在处理大型薄壁复杂铝合金舱体件等复杂结构时的流场模拟结果更为准确。
同时，软件C在考虑流体与固体之间的相互作用方面具有优势，能够更准确地反映铸造过程中的流动行为。
3. 应力场模拟对比：在应力场模拟方面，三种软件均能反映铸造过程中应力分布和变化情况。
然而，在处理复杂结构和大尺寸部件时，软件A和软件C在应力分布和应力集中的预测上更为准确。
铸铝件凝固过程三维瞬态温度场的数值模拟
ｉｅ ｔ ａ ｔ ｈ ｏｒｓ ｏ ｄｎ ａｃ ｌｔｄｏ ｅ ． ｈ ｓ ｉｖ ｒｆｅ ｅａ ｃ ａ ｙａ ｄｖ ｌ ｉ ｆ ｕ ｅ ｃ ｌ ｉ ｌｔ ｎ Ｔｈ ｄ ｎ ｉ ｌ ｈｔｅｃ ｒｅｐ ｎ ｉｇｃ ｌｕａｅ ｎ ｓ Ｔ ｕ ，ｔ ｅ ｉ ｓｔ ｃ ｕ ｃ ｎ ａｉ ｔ ｏ ｍ ｒ ａ ｍｕａｉ ． ｅ ｃ ｗｉ ｉ ｈ ｒ ｄｙ ｎ ｉ ｓ ｏ
ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｅ ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ｕｒ ｅ ｒ ｃ ｕｉｅ ｉ ｉ ｅｅ ｏ ａ ｉ ，ａ ｈ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｅ ｅ ｅｂａ ｉ ａｌ ｅ ｅ ａｕｒ ａ ｕｒ ｍ ｎｔｃ ｖ ｓ ｗｅ ｅ ａ ｑ ｒｄ ｎ ｄ ｆ ｒｎｔｌｃ ｔｏｎ ｎｄ ｔ ｅ ｍ ａ ｕｒ ｍ ｎ ｅ ｅ ａｕｒ ｓｗ ｒ ｓｃ ｌｙ
Ｊ１２ ０ ｕ．０８
文 章 编 号 ： １０ —６ ９２０ ）７１ １－６ ０ ４０ ０ （０ ８０ —３ １０
铸 铝 件 凝 固 过程 三维 瞬 态温 度场 的数 值模 拟
隋大山，崔振 山
（ 上海交通大学 国家模具 Ｃ ＡＤ工程研 究中心 ，上海 ２ ０ ３ ） ０ ０ ０
摘Байду номын сангаас
要 ： 用 有 限 元 数 值 算法 ， 对 一 具 体 铝 合 金 砂 型铸 造 工 艺 ， 分 考 虑 材料 和 边 界 条 件 等 参 数 的非 线 性 特 征 ， 采 针 充
使 用 等价 比热 法 处 理 结 晶潜 热 ，对 凝 固过 程 进 行 了三 维 瞬 态温 度 场 的数 值 模 拟 。通 过 铸 造测 温 实验 ，得 到 了不
同位置的测温 曲线 ，“每 个位置的测温 曲线与相应的计算温度 曲线基本吻合 ， ． 从而证 明数值模拟的精度和有 效性 ：
铝合金轮毂低压铸造凝固过程温度场数值模拟及模具工艺优化的开题报告
铝合金轮毂低压铸造凝固过程温度场数值模拟及模具工艺优化的开题报告一、研究背景及意义随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂作为汽车重要的结构件，其性能要求越来越高，需要符合高强度、轻量化、美观等的要求，因此需要对其制造工艺进行优化。
其中，低压铸造技术是铝合金轮毂生产常用的一种方法，其通过减少气孔和夹杂物的生成，可以提高铝合金轮毂的机械性能、外观品质和使用寿命。
为了更好地实现铝合金轮毂低压铸造的优化制造，需要对其凝固过程进行研究和分析。
数值模拟可以通过建立准确的铝合金轮毂凝固过程数学模型，快速预测铝合金轮毂元件的凝固过程参数（如温度场、流场等），从而更好地指导加工工艺优化。
二、研究内容和目标本文针对铝合金轮毂低压铸造凝固过程的温度场进行数值模拟，主要研究内容包括：1. 构建铝合金轮毂低压铸造凝固过程数学模型，并考虑铝合金轮毂的几何结构和热特性等因素。
2. 利用有限元方法对铝合金轮毂凝固过程的温度场进行数值模拟，分析不同工艺参数下铝合金轮毂凝固过程的温度场分布情况。
3. 对比分析不同工艺参数下的铝合金轮毂凝固过程温度场分布情况，确定最优工艺参数并提出工艺优化建议。
4. 对铝合金轮毂低压铸造模具进行工艺优化，进一步提高铝合金轮毂凝固过程的品质。
通过上述研究，旨在实现铝合金轮毂低压铸造凝固过程的数值模拟优化，并提出一定的制造工艺优化建议，为铝合金轮毂制造提供一定的技术支持和参考。
三、研究方法和技术路线本文将采用下列方法和技术路线进行研究：1. 建立铝合金轮毂低压铸造凝固过程数学模型，并考虑铝合金轮毂的几何结构和热特性等因素。
2. 利用ANSYS等有限元软件对铝合金轮毂凝固过程的温度场进行数值模拟，分析不同工艺参数下铝合金轮毂凝固过程的温度场分布情况。
3. 通过对比分析不同工艺参数下的铝合金轮毂凝固过程温度场分布情况，确定最优工艺参数并提出工艺优化建议。
4. 对铝合金轮毂低压铸造模具进行工艺优化，进一步提高铝合金轮毂凝固过程的品质。
《2024年铝合金轮毂低压铸造过程温度场模拟及工艺参数优化》范文
《铝合金轮毂低压铸造过程温度场模拟及工艺参数优化》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，得到了广泛应用。
低压铸造技术作为一种重要的轮毂制造方法，其过程涉及到复杂的物理和化学变化。
因此，对铝合金轮毂低压铸造过程的温度场模拟及工艺参数优化，对提高轮毂质量、降低生产成本具有重要意义。
本文旨在通过模拟和实验手段，探讨铝合金轮毂低压铸造过程中的温度场变化规律，并优化工艺参数。
二、铝合金轮毂低压铸造过程概述铝合金轮毂低压铸造是一种利用模具将熔融的铝合金液体在低压条件下填充并凝固成型的工艺。
其过程包括模具准备、合金熔炼、填充凝固、冷却脱模等步骤。
在铸造过程中，温度场的变化直接影响着轮毂的微观组织和力学性能。
因此，对温度场的模拟和控制是优化铸造工艺的关键。
三、温度场模拟方法及结果分析为了更准确地描述铝合金轮毂低压铸造过程中的温度场变化，本文采用有限元分析方法进行模拟。
通过建立数学模型，描述了铸造过程中熔融铝合金液体的流动、传热和相变等物理过程。
模拟结果表明，在铸造过程中，温度场呈现出明显的时空分布特征。
模具与合金液体的温度梯度决定了轮毂的凝固速度和微观组织结构。
此外，模具的预热温度、合金的熔炼温度以及填充速度等工艺参数对温度场的影响显著。
四、工艺参数优化及实验验证基于模拟结果，本文对铝合金轮毂低压铸造的工艺参数进行了优化。
通过调整模具的预热温度、合金的熔炼温度和填充速度等参数，实现了对温度场的控制。
为了验证优化后的工艺参数的有效性，进行了实际铸造实验。
实验结果表明，优化后的工艺参数能够显著提高轮毂的力学性能和表面质量，降低了废品率。
五、结论本文通过对铝合金轮毂低压铸造过程的温度场模拟及工艺参数优化研究，得出以下结论：1. 铝合金轮毂低压铸造过程中，温度场具有明显的时空分布特征，对轮毂的微观组织和力学性能具有重要影响。
2. 通过有限元分析方法，可以有效地模拟铝合金轮毂低压铸造过程中的温度场变化规律。
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A380铝合金压铸温度场模拟如图所示汽车传动轴,用A380铝合金半固态触变压铸成型工艺可获得重量轻、强度高、综合力学性能优越的零件，能够满足未来汽车工业轻量化、节能环保的要求。
查相关资料，A380铝合金半固态触变压铸成型工艺的浆料温度为570℃，模具预热温度为200℃，冷却水对流换热系数为450W/（m2·℃）, A380铝合金密度为2730㎏/m3, 模具材料密度为7800㎏/m3,导热系数为21W/（m·℃），比热为110J/（㎏·℃）。
A380铝合金热性能参数相关尺寸在建模时提及，不赘述。
为简化建模，只取冷却水包络面以内的模具和铸件建模。
操作步骤1.定义工作标题和文件名（1）指定工作文件名：执行Utinity Menu/File/Change Jobname命令，在【Enter new Name】文本框中输入“WBA.file”,单击OK按钮。
（2）指定工作标题：执行Utinity Menu/File/Change Title命令，输入“Casting Solidification”, 单击OK按钮。
2.定义单元类型和材料属性（1）定义单元类型：执行Main Menu/Preprocessor/Element Type/Add、Edit、Delete命令，单击Add按钮，选择如下图选项，单击OK按钮。
（2）定义材料特性：执行Main Menu/Preprocessor/Material Props/ Material Models命令，双击【Material Models Available】列表框中的“Thermal/Conductivity/Isotropic”选项，定义模具导热系数（KXX）为“21”，接着双击“Thermal/Specific heat”选项, 定义模具比热（C）为“110”，单击OK按钮。
接着双击“Thermal/Density”选项, 定义模具密度（DENS）为“7800”，单击OK按钮。
从【Define Material Model Behavior】对话框下拉菜单执行“Material/New Model”命令，在【DefineMaterial ID】文本框中输入材料编号“2”，单击OK按钮。
同样的方法定义材料“2”的属性，通过单击Add Temperature按钮增加温度表。
3.创建几何模型（1）生成轴身：执行Main Menu/Preprocessor/Modeling/Create/Volumes/Cylinder/By Dimensions命令，按下图输入:结果如下：（2）生成万向节拨叉：执行Main Menu/Preprocessor/Modeling/Create/Volumes/Block/By Dimensions命令，按下图输入，每次单击Apply 按钮:结果如下：（3）生成圆台浇口：旋转工作平面，执行UtinityMenu/WorkPlane/Offset WP by Increments命令，按下图输入:执行Main Menu/Preprocessor/Modeling/Create/Volumes/Cone/By Dimensions命令，按下图输入:结果如下：（4）体相加：执行Main Menu/Preprocessor/Modeling/Operate/Booleans/Add/Volumes命令，单击Pick All按钮。
（5）生成模具型腔：返回工作平面，执行UtinityMenu/WorkPlane/Offset WP by Increments命令，按下图输入:生成模具块，执行Main Menu/Preprocessor/Modeling/Create/Volumes/ Block/By Dimensions命令，按下图输入:体相减：执行Main Menu/Preprocessor/Modeling/Operate/Booleans/ Subtract/Volumes命令，选择模具块，单击Apply按钮，选择铸件，单击OK按钮。
同样的方法重新生成铸件。
粘结模型：执行Main Menu/Preprocessor/Modeling/Operate/Booleans/Glue/Volumes命令，单击Pick All按钮。
（6）改单位制为MKS：执行Main Menu/Preprocessor/Modeling/ Operate/Scale/Volumes命令，在【RX,RY,RZ Scale factors】文本框中依次输入“0.001,0.001,0.001”,在【Existing Volumes will be】下拉列表框中选择“Moved”选项，单击OK按钮。
压缩元素编号，执行Main Menu/Preprocessor/Numbering Ctrls/Compress Numbers命令，在下拉列表框中选择“All”选项，单击OK按钮。
保存文件，执行Utinity Menu/File/Save As命令，输入文件名“model”, 单击OK按钮。
4.生成有限元模型（1）赋予体特性：执行Main Menu/Preprocessor/Meshing/Mesh Attributes/Picked Volumes命令，选择模具块，单击OK按钮，在弹出的【Volumes Attributes】对话框中的“Material Number”下拉列表框中选择“1”选项，单击Apply 按钮。
同样的方法，对铸件赋予材料号“2”。
（2）划分网格：选择所有实体，执行Utinity Menu/Select/Everything 命令，执行Main Menu/Preprocessor/Meshing/SizeCntrls/SmartSize/Basic命令，在【Size Level】下拉列表框中选择“2”选项，单击OK按钮。
执行Main Menu/Preprocessor/Meshing/Mesh/ Volumes /Free命令，单击Pick All按钮。
保存文件，执行Utinity Menu/File/Save As命令，输入文件名“mesh”, 单击OK按钮。
5.施加载荷（1）选择分析类型：执行Main Menu/Solution/Analysis Type/New Analysis命令，【Transient】单选按钮，单击OK按钮，在弹出的对话框保持默认。
（2）定义初始条件：设定铸件初始温度，执行Utinity Menu/Select/Entities命令，在最上面的两个下拉列表框中选择“Element”、“By Attributes”选项，选择“Material Num”单选按钮，在【Min,Max,Inc】文本框中输入“2”，单击OK按钮。
执行Main Menu/ Solution/Define Loads/Apply/Initial Condit’n/Define命令，单击Pick All 按钮，按下图设置:同样的方法设置模具初始温度。
（3）定义边界条件：执行Main Menu/ Solution/DefineLoads/Apply/Thermal/Convection/On Areas命令，在弹出的拾取框中选择面编号“1~6”，单击OK按钮。
在【File coefficient】文本框中输入“450”，在【Bulk Temperature】文本框中输入“25”，单击OK按钮。
对称面上ANSYS默认设置为绝热。
保存文件，执行Utinity Menu/File/Save As命令，输入文件名“load”, 单击OK按钮。
6.求解运算（1）设置时间及时间步进参数：执行Main Menu/ Solution/Load Step Opts/Time、Frequenc/Time and Substps命令，按下图设置：（2）输出项设置：执行Main Menu/ Solution/Load Step Opts/Output Ctrls/DB、Results File命令，按下图设置：（3）求解：执行Main Menu/Solution/Solve/Current LS命令，单击OK 按钮开始求解运算，直到出现【Solution is done】对话框表示求解结束。
保存文件，执行Utinity Menu/File/Save As命令，输入文件名“resum”, 单击OK按钮。
7.查看结果（1）显示节点10s温度场分布：读入结果，执行Main Menu/General Postproc/Read Results/By Time、Frequ命令，在【value of time or freq】文本框中输入“10”，单击OK按钮。
显示节点温度场分布，执行Main Menu/General Postproc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu命令，选择“Nodal Solution/Thermal/Temperature, 单击OK按钮。
（2）矢量显示节点10s温度场分布：执行Main Menu/General Postproc/Plot Results/Vector Plot/Predefined命令，保持默认设置单击OK按钮。
同样的方法可得100s、500s、1000s的节点温度场分布和矢量显示：（2）显示节点温度随时间变化表：定义变量，执行Main Menu/TimeHist Postpro命令，在弹出的对话框左上角选择“+”按钮，选择“Nodal Solution/DOF Solution/Nodal Temperature”，在【Variable Name】文本框中输入“TEMP_2”，单击OK按钮，弹出选取框后选取铸件中心，单击OK按钮。
选择“TEMP_2”，单击左上角第三个查看变量按钮：同样的方法，设置变量TEMP_3为浇口中心温度：。