铜合金铸造过程界面换热系数反求算法与实验研究

摘要

采用数值模拟手段对铸造凝固充型过程中的成形类缺陷进行预测，对提高铸件性能和优化铸造工艺有着十分巨大的价值。然而目前数值模拟存在误差，误差主要来源有三类：模型误差，方法误差，参数误差。其中参数误差包括材料的热物性参数、初始条件和边界条件不准确带来的误差。对于金属型铸造来说，界面换热系数对模拟的准确性影响更为重要。在实际数值模拟过程中，模型和求解方法往往难于改变。因此，如何获得准确的界面换热系数具有重要的现实意义。 求解了GKMS60铜合金与模具界面换热系数，对铸件与铸型间的换热行为进行了分析。将反求得到的界面换热系数应用到低压铸造模拟中，模拟结果表明能准确地预测铸件在铸型中的流动情况，提高了模拟的精度。主要工作如下： (1)考虑到复杂模型会导致反求效率的低下，建立了一维反热传导模型，并编制了计算机程序。验证了反求模型的准确性，并分析了测温数据的准确性对反求结果准确性和稳定性的影响。通过测温实验得到的温度场数据，反求得到界面换热系数。 (2)设计了正交试验和测温实验，对GKMS60铜合金热物性参数进行优化，通过得到最优试验，从而得到相应的热物性参数，并将优化后的热物性参数应用到界面换热系数反求过程中的温度场计算中。 (3)设计了实际浇注测温实验，将凝固测温实验中的靠近界面处的测温点温度数据作为反求的已知数据。通过计算得到的界面换热系数表明界面换热系数变化主要发生在液固相区，变化范围在1000~2700(W/(m2·K))之间。 (4)将反求得到的界面换热系数，运用在低压铸造模拟当中，通过模拟结果与实验结果相比较，提高了数值模拟的准确性，为优化工艺方案和提升产品质量提供了重要的参考。

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