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相变强化换热对模具局部冷却能力影响的数值分析

蒋朝军  
【摘要】:模具局部由于制件的复杂形状或壁厚等因素,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。由于压铸模的传热过程的瞬态非线性温度场求解的复杂性,压铸模温度场的研究以前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直径、型芯冷却方式、铸件壁厚等因数之间关系的方法。 凸台型热节是铸件中最常见的热节,也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,对模具热节进行研究。凸台型芯的散热方式是影响热节形成的关键因数。在型芯自然冷却条件下,通过研究型芯直径、热节部分铸件壁厚、铸件壁厚等因数对铸件热节形成即铸件温度场平衡的影响,寻求上述因数影响铸件热节形成的定量的关系;在冷却水强化冷却条件下,通过研究冷却水通量即冷却水对流传热系数对铸件热节形成的影响,探讨在其它影响因数固定的条件下,冷却水传热系数与铸件热节形成之间的定量的关系;在热管散热条件下,阐述铸造模具用热管的选型及安装,研究热管直径、热管冷却段长度比以及热管冷凝段翅片对型芯换热的影响。 对上述研究内容进行研究,模拟结果分析得出了以下结果:在自然冷却条件下,根据模拟结果推导了平衡温差⊿T 关于型芯直径和热节部分铸件壁厚的关系式;在冷却水冷却条件下,推导了平衡温差⊿T 与对流传热系数之间的关系式;在热管散热条件下,得出了热管直径对铸件温度差值⊿T 的影响曲线、热管冷凝段长度比对铸件温度差值⊿T 的影响曲线以及冷凝段翅片对铸件温度差值⊿T 的影响曲线。


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