自然冷却条件下压铸模具局部冷却能力的数值分析

摘要

在铸造生产中,零件往往壁厚不均,在厚大部位容易形成热节的问题。热节的存在造成了铸件局部和整体的冷却不平衡，破坏了熔体的顺序凝固，容易在铸件中产生缺陷如缩孔、缩松以及在铸件中形成残余应力；热节的形成还破坏了模具的温度平衡，容易形成模具的热疲劳，从而缩短了模具的使用寿命及成型精度。因此热节的消除问题是铸造工艺设计的核心问题之一,而对热节影响因素的定量研究是解决热节问题获得健全致密的高质量铸件的前提和关键。 压铸模的传热过程非常复杂，属于瞬态非线性温度场的求解，所以以前对压铸模温度场的研究多是基于实验测量的研究。随着计算机技术和数值分析技术的迅速发展，使运用数值分析软件探求模具局部温度场问题成为可能。本课题提出了以CAE软件为研究手段，探求铸件和模具温度场与型芯壁厚、铸件热节壁厚以及涂料等因素之间关系的方法。 凸台是铸件中比较常见的结构，它常常使得壁厚不均而产生热节，是最容易产生收缩缺陷的部位。本课题以凸台型热节为研究对象，以ANSYS热分析模块为研究手段，对铸件热节进行研究。在型芯自然冷却条件下，通过研究型芯壁厚、热节部分铸件壁厚、涂料等因素对铸件热节形成及铸件温度场平衡的影响，寻求上述因素影响铸件热节形成的定量的关系，从而探求消除热节的具体措施。 对上述内容进行研究，模拟分析得出了以下结论： ① 在自然冷却条件下，不考虑涂料的影响，综合考虑型芯壁厚和热节壁厚影响因素的条件下得到平衡温差⊿T与二因素之间的回归方程： ⊿T＝0.341e(-0.201h+0.775w) 方程表明随着铸件热节部分壁厚的增加，平衡温差⊿T随之增加；随着型芯壁厚的增加，平衡温差⊿T随之减小，比较而言热节壁厚对⊿T的影响要显著。 ② 在自然冷却条件下，型芯与型腔都有涂料，铸件平衡温差⊿T是关于型芯壁厚、热节部分铸件壁厚的函数。在其他因素固定的情况下，分析得出了铸件温度差值⊿T分别与型芯壁厚和热节壁厚的一元非线性回归方程；并在综合考虑型芯壁厚和热节壁厚影响因素的条件下得到平衡温差⊿T与上述二因素之间的回归方程： ⊿T=0.282e(-0.013h+0.295w) ③ 在自然冷却条件下，型芯不喷涂料以此来改善铸件和模具的散热条件，综合考虑型芯壁厚和热节壁厚影响因素的条件下得到平衡温差⊿T与上述二因素之间的回归方程： ⊿T=0.082h2-1.277h+0.244w2-1.431w+6.550 对平衡温差⊿T的影响因素型芯壁厚与热节壁厚比较而言，热节壁厚的影响要显著些。 ④ 壁厚w <6mm的热节可方便的通过调节型芯壁厚予以消除；热节壁厚为6mm≤w＜8mm时可通过更换型芯材料为导热系数较大的铜就可以基本将热节消除，或者可通过只在型腔喷涂料来消除。