界面热阻对镁合金砂型铸造过程温度分布的影响.pdf

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1、Test&Research试验研究界面热阻对镁合金砂型铸造过程温度分布的影响杨燕，焦壮壮，袁训锋,胡瑞霞(商洛学院,陕西商洛726000)摘要:采用直接差分法求解热传导方程，对AZ91镁合金砂型铸造过程进行模拟，研究了界面热阻对温度分布影响。结果表明：在AZ91镁合金砂型铸造过程中，随着铸件/铸型热阻的减小，铸件/铸型界面散热情况得到改善，拐角位置温度降低速率趋于相同，整个铸件从冒口区域和底座区域同时向内部区域凝固；随着铸件/空气热阻的增加，冒口位置温度降低速率减慢，冒口区域的优先凝固优势消失，整个铸件从冒口区域和底座区域同时向内部区域凝固。此外，铸型/空气热阻对AZ91镁合金砂

2、型铸造过程的温度分布影响不明显。关键词：AZ91镁合金；界面热阻；铸造过程；温度分布中图分类号：TG244；文献标识码：A；文章编号:1006-9658（2017）01-0009-05DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.003[9-10]金属铸造过程温度场数值模拟研究，就是要采对模拟结果的影响。袁训锋等采用直接差分用数值方法求解凝固热传导模型，在计算机上重现法求解热传导方程，运用C++语言编写模拟程序，铸造过程中的温度场分布情况，预测缩孔、缩松、夹研究了界面热阻对半个T型铸件温度分布及拐角渣、裂纹等铸造缺陷分布的位置及产生的原因，从处凝固速率

3、的影响。而优化铸造工艺，提高铸件质量。本文在文献[11]基础上，对AZ91镁合金砂型近年来，随着计算机技术和数值计算方法的发铸造过程进行模拟，探讨界面热阻对温度分布的影展，涌现出大批铸造过程数值模拟的商业软件。众响，绘制了不同界面热阻条件下拐角位置和冒口位[1-3][4][5]多学者采用ANSYS、PROCAST、AutoCAD置温度随时间的变化曲线。等商业软件对机床电机座、车辆制动盘、农机件犁铧等具体铸件进行温度场模拟分析，获得部分铸件1铸件计算模型凝固温度分布规律，为铸件工艺设计提供参考。但1.1T型铸件模型这些基于商业软件的铸造过程温度场模拟研究，无[6]T型铸件模型如图1

4、所示，结构尺寸如表1。法揭示铸造过程中的部分物理本质。赵鑫采用冒口宽有限元和有限差分结合的方法离散控制方程，获得[7]铸件温度分布规律。安晓卫等采用有限元法求解温度场方程，提出了处理界面传热问题的有效方[8]法。陈玲在采用试验方法确定铸件/铸型界面底座高吃砂量传热系数的基础上，详细分析了界面传热系数取值底座宽图1T型铸件模型图基金项目：商洛市科技局科研计划资助项目(SK2014-01-02)；2015年度国家级大学生创新训练项目(201511396717)；陕西省教育科学“十二五”规划资助项目(SGH13401)表1T型铸件模型结构尺寸图cm收稿日期:2016-08-01底座宽底

5、座高冒口宽冒口高吃砂量稿件编号:1608-1450作者简介：杨燕(1986—），女,硕士.研究方向:主要从事凝固过程7012306010数学模型分析和半群理论研究.中国铸造装备与技术1∕20179试验研究Test&Research1.2参数值的选取在差分单元上直接应用能量守恒定律，根据单铸造外部条件如表2所示，材料AZ91镁合金元内积蓄的热量等于通过各面传入和传出热量的和铸型的热物性参数如表3所示。代数和，建立节点方程：tt+∆tT=+⋅TAxTNSij,,ij表2铸造的外部条件Tt，(i,j)单元t+Δt(i,j)单元t时刻的温度为ij,边界条件铸件/铸型铸型/空气铸件/空气T

6、tt+∆时刻的温度为ij,，Ax=Δt/(ρcpν)与材料的密2热阻/(s·cm·K/J)15005000120度和定压热容有关，ν为单元的体积，Δt为时间步长，TNS为单位时间从各面传入单元热量的代数表3热物性参数和。密度比热导热系数初始温度液/固相线潜热-3在计算过程中，选取时间步长Δt=0.02s，空间/g·cm/(J/gK)/(J/cm·s)/K/K/(J/g)AZ91镁合金1.811.020.51871708/693/步长Δx=Δy=1cm。计算获得数据采用Tecplot软砂型1.60.270.0025293//件可视化处理进行定性分析，特征数据运用Origin软件绘制

7、曲线图进行定量分析。1.3热传导微分方程热传导微分方程在二维空间中表达形式为：223结果与分析∂T2∂∂TT=∇=ααT+22∂t∂∂xy3.1模拟结果与试验结果对比其中，热扩散系数α=λ/ρcp，λ为导热系数，在铸造试验过程中，以铝合金铸件和45#钢铸cp为比热，ρ为密度，T为温度。型为试验对象，采用测温的方法，获得铸件冷却过程中铸件和铸型界面间的温度变化规律。为了验2温度场模拟程序的实现证模拟计算结果的正确性，将模拟计算获得铸件和2.1网格剖分铸型界面间的温度变化