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模具设计
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1 模 具分型 面 的 形成 和 铝合金板 的 凝固 摘 要 ： 模具 分型面 成形 差 易 的 原因 在于 模具 的 热收缩和热膨胀系数 不同 ，它极大的 影响 了 模具 与 铸 件 之间的传热 。 铸件 的 变形对 铸件凝固过程中 的 冷却 也 存在影响 。 在对 铸造 模具进行分析 的 同时用热力耦合 来 接触 模具的 分型面 ， 以 铝合金 为 铸件 原料 。 分析 模具的变形 和温度分布 对 铸件 进行分析，再 与先前测量数据进行 比较。 然后 确认该模具 铸造 的数据， 计算 空气间隙形成的 数值 。比较 铸件的 气隙曲线与位移曲线 ，发现 之前和之后的空气 间隙有 了显而易见 的 增长 ，主要 原因 是由于 铸件 的收缩 在改变模具 形状 时 并不 显著 。 它随 差距 形成时间的增加而增加，调查 显示 最初的模具温度对 铸件凝固过程中 的温度 和冷却 时 的温度 也是 有改变作用的 。 关键词： 热力耦合模 具 ;空气间隙 的 形成 ;模具弯曲 ;板块铸造 ;模具 铸造 的变形。 1 . 导言 空气间隙 的 形成 是 模具 铸造界面热收缩和热扩张 的 一个结果。 模具铸造进 一 步受 凝固 的影响。这 在很大程度上取决于 模具的 传热 方 向，金属 的 冷却 方式 也是 一个影响的 因素 。据 调查 ，模具 铸造 的 变形 问题 也可能与 模具 的初始运动 有关。 在金属铸造 变形 时， 由于铸件热梯度 的不同， 因 此 它没有 力量在最初阶段 就 凝固在一 起 进行 铸 造。 通过对 铸 件的 凝固和冷却过程 中的 几个 试点 的研究， 发现 虽然有部分 仍在 进行 凝固 ， 但 主要 的凝固过程还 是 受 该 铸 件 结晶界面传热 程度 的影响 。 铸件 的 缺陷，主要是由于凝固过程中 的冷却时间 不同 所 造成的温度非均匀分布 。这些 都 出现在 铸件 凝固 的 初期。多年来，许多 人 已经 开始 调查这些 模 具 的 弊端 的原因了 。 因为 用 实验 方法 测量凝固过程中 的 应力 ， 这 几乎是不可能的。 最近铸件变形 的 发展 已经 为铸件在 商业 中的 使用提供了 依据 ，因为 该铸件 有 很高 的准确性和 良好的稳定性 ， 能 非常有效的 抵制 各种各样的铸件的热 变形。 许多空气间隙形成 的 模拟 数据 都已经 做 好 了 。 但是，只有极少数 的数据 对 运动的连铸结晶 有帮助 。大部分动向模拟处理的 数据 是 与铸件分开 的 ，其中应同时解决模拟处理 的 初期 问题， 还 有 很多 问题有待解决 。 熔融金属接触到 冷空气后 ， 在 浇筑 的 间隔 期 ， 铸件 很 快 在同一点凝固 了。 2 本研究的目 地是证明 空气 间 隙 形成的存在 。 通过模具 的 铸造动作 来 分析用热力耦合 方法来 接触 铸件的 边界 。 2 模型描述 图 1 显示了用于该 模具铸造 的 应力分析， 用 二维热力耦合 来 分析。 用 横截面 中 一半 的 模具高度 数据 来 作分析。铸件 的尺寸 分别为 100 毫米宽， 米厚，模具 的尺寸为 150 毫米宽 ， 米厚。比较连铸模具 的 大小和形状 。 在研究实测值 时 ，上次 的 每个 数据 在图中显示的温度和位移 的位置是不同的 。第 2 点 和第 3 点 ，在图中 像 是同一节点， 其实是 两个节点重叠 在了一起 。 使用四边形 滤网 ，滤网 用 和 2.5 的模具 来 铸 造 。 模 具的 材料是生铁，铸造合金 用 7%的硅和 吕 合金。 由于 铸件 的形状是 可变的， 我们用 弹性平面 作为 模 具的 假设 变形 平 面 。 模具材料 的 性能 温度 假设为 是一个 常数 。 铸造材料 的性能温度 是不变 的 。热导率 温度 在表 1 中， 铸件 的密度 是 2700kg/ 热转化的变化 值在 一定的 范围 内 。铝 的 热使用比率 是 7 ， 镁合金 是 ， 包括在 共晶 时。 在共晶凝固温度 低于千时 被 定义 为潜释放。 已经 考虑该铸造金属 的 热收缩凝固 问题 ， 还未考虑 凝固 时的 收缩 量 。 计算情况 为 了方便 分析 ， 使用 版本 2000)商业元素代码。 选择模 具的 最初温度 作为计算 温度 . 铸件的最初的温度 是 883K。 模 具的温度 在303 到 623K 范围内 。 分析时 结 合 y 位移线 (在 图 1A A 线 )和模型 的 x 位移中心线 (在图 1 的 B B 线 )。 连铸模具采用的方法 是 接触力学 的方法 。联系初开始的负 荷增量 ， 在接触过程 中 ，改点 不可能成为接触 表面 的 一个节点。 因此接触 宽度是 每个 铸件 表面 的宽度 。 将 铸件的 偏值数值定为 造 时 两者 的 摩擦 力 并没有考虑 ，这时 模具 的 铸造被视为可变形 。 铸件和模 具 之间的传热系数 为 K,传热 时间取决于 从模具分离铸件 的时间 ，其 范围 在 .4 kw/ 模具的 传热系数被固定 为 kw/m2 k。 考虑 热效应 变形 时 并没有考虑 热量 通 过铸件某一截面的问题。 由 三种 方法 来确定标准 的 非线 性 收敛问题。选择 铸件 的 相对 宽 度为 于非线 性 问题，时间步长3 直接影响着计算精度， 所以 选择固定的 时间步长为 。 图 1 模具铸造的热应力分析 表 1 热模具的物理数据 表 2 铸造用的热物理数据 4 冷却曲线 图 2 是 一个典型的冷却曲线 图 。较低的曲线显示模具的温度， 而 两个上 面 的 曲线显示 浇铸温度。 当 模具 的 温度接近连铸结晶 的温度时 显示 ， 这是迄今为止 发现的唯一趋势 。 刚开始 模具 的 温度急速上升，然后趋于稳定 ，约 20 秒 后 有一个 铸造 上的共晶温度曲线。 形形状 图 3 显示 模具 铸造 的形状 随着时间的推移 而变化 。 变形 的 数值 范围由 100 个 数值组成 。 用模具的 内表面 来接触铸造 面 。所以铸造畸形 是 由 于 模具弯曲 而 形成 的 。后面的图是模具 铸造 过程 的 12 秒 的完整图 。 在初期阶段， 凝固是 比较 快的。这意味着 从模具 中分离铸件是从 边缘 到 该 铸件的 中心 进行分离的 。 本研究报告 说明 空气间隙形成是由 未 完全分离形成的。图 4 可以看出， 当 模具达最 大 弯曲 时 ，在早期阶段 凝固 后便返回其先前 的 位置 ， 但 仍 是 该 模具 的一部分。然而铸 件在 脱离模具后 便与 空气 接触 。这就是说，模具及铸 件 连同之前的空气间隙 将一起 形 成，它可以 用 计算方法 来 证实 。 最后 模具恢复了原来的形状，因为 假设 温差在模具 上的表现 是弹性 的 。 模 具 的 弯曲 成形 以 变 动 的凝固时间 为 铸造中心 时间 ， 最初的 凝固时间 由 差距形成 的 时间和最大弯曲模 具的 时间 相 加 而成。 由于 在 图 5 中 所有曲线 都 表现出同样的趋势， 因此必须 增加模具 的初始 温度。 如果 时间之间 的 差距 越小那么 形成 的 弯曲 也 较小， 但 模具 初始 温度较高 。 图 6 显示了 铸件的 温度 变化与 模具的 初始 温度 的内在变化 。 起初 温差 保持 增加的趋势 ， 直至峰值降低 到 曲线 以下 。 5 图 3 模具 的 铸造时间 6 图 2 典型的冷曲线 图 4 连铸 模具铸造 的 位移曲线 7 图 5 铸造中心凝固 形成 的 时间和初始模具温度。 图 6 温度 变化之间的分歧和外表面的 模具 初始温度 。 8 图 7 模具 相互间的初始温度 和 最高弯曲温度 之间 的差异。 图 8 计算和测量模具弯曲。 9 图 9 计算和测量模具弯曲。 图 10 连铸结晶 的 移曲线 4 模具 的 最初 温度和模具弯曲 图 7 显示了 铸件 相互间的初始温度 。 模具 的 弯曲 与 温差 成正比 。 铸件 因为 弯曲而改变了 铸件 的 厚度。双方最 大 差异在 于 降低了 模具的 初始 温度 。 图 8 和 图 9 说明 模具的最大 弯曲 度 在 米在 之间 ， 从 米 间 测量。无论 模10 具初始 温度 增加与否， 计算和实测 的 模具弯曲 度都将 减 小 。温差 的 变小 ， 与较高的初始模具温度 有关。 图 9 是 温差在模具中 的表现 ， 但计算 点不同 。 实际测量范围 是 从80 和 118 k。 这种差距主要是由于 输入的 数据 不同 和 初始温度 不同 造成的 。 试验时 精确地控制浇注温度是很难 的 。 形 的形成和 连铸 运动 模具的连铸 运动 可以从计算位移曲线 中 看出 。 图 10 是 浇注模具第一阶段 。 模具 的厚度 有一个 很大 的 梯度。模具温度在接口 处 达到顶峰。 由于 模具 温度 的 跌幅随着时间的推移 而变 化， 在第二阶段 模具弯曲减小，模具回至先前的 样子 。虽然铸造温度 在这一阶段 下降到共晶 时的 温度， 铸件 还是 没有 凝固 ，因为它 的 凝 固 值 较低 。 前不久 模具 铸件合同 继续扩大。 部分 小 铸 件 成为 模具行业 的 高收益 。 第三阶段 ， 两 条 曲线对应 空气间隙 的值 。一旦空气间隙形式，它 将 渐渐长大，铸件的 凝固 温度 将变 小 。 在第四阶段， 铸件 的 收缩 是 由于快速下降的铸造温度 造成的 。比较 铸件 的 空气间隙曲线与位移曲线， 发现 变化 在模具 的 位移 上 并不 明显 。上述 是 对空气间隙形成 的 分析 和解释， 并 经 过 了 实验 的证明。 具 的 最初 温度和间隙 的 形成 图 11 显示了 间隙形成 的 时 间 与 模具 初始 温度 的关系 。无论间隙形成时间的增加与否 ， 模具 的 初始 温度 不变 。空气间隙形成 的原因 主要取决于 铸件 的收缩 率 。 铸件与模具 在不同 接触 点的 传热系数 也是不同的 。 5 结论 通过分析模具 铸造 的 热力耦合 来 进行 连铸 运动 。 通过实验 发现， 空气间隙 的 形成和 连铸 运动是关联的 。由于 模具的 温度梯度 较大导致 模具厚 度 变小 。 随着时间的推移模具 的 温度 开始 下降 ， 模具弯曲 也随着 下降 。因此铸件
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