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1、Test&Research試驗(yàn)研究界面熱阻對(duì)鎂合金砂型鑄造過(guò)程溫度分布的影響楊燕，焦壯壯，袁訓(xùn)鋒,胡瑞霞(商洛學(xué)院,陜西商洛726000)摘要:采用直接差分法求解熱傳導(dǎo)方程，對(duì)AZ91鎂合金砂型鑄造過(guò)程進(jìn)行模擬，研究了界面熱阻對(duì)溫度分布影響。結(jié)果表明：在AZ91鎂合金砂型鑄造過(guò)程中，隨著鑄件/鑄型熱阻的減小，鑄件/鑄型界面散熱情況得到改善，拐角位置溫度降低速率趨于相同，整個(gè)鑄件從冒口區(qū)域和底座區(qū)域同時(shí)向內(nèi)部區(qū)域凝固；隨著鑄件/空氣熱阻的增加，冒口位置溫度降低速率減慢，冒口區(qū)域的優(yōu)先凝固優(yōu)勢(shì)消失，整個(gè)鑄件從冒口區(qū)域和底座區(qū)域同時(shí)向內(nèi)部區(qū)域凝固。此外，鑄型/空氣熱阻對(duì)AZ91鎂合金砂
2、型鑄造過(guò)程的溫度分布影響不明顯。關(guān)鍵詞：AZ91鎂合金；界面熱阻；鑄造過(guò)程；溫度分布中圖分類(lèi)號(hào)：TG244；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；文章編號(hào):1006-9658（2017）01-0009-05DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.003[9-10]金屬鑄造過(guò)程溫度場(chǎng)數(shù)值模擬研究，就是要采對(duì)模擬結(jié)果的影響。袁訓(xùn)鋒等采用直接差分用數(shù)值方法求解凝固熱傳導(dǎo)模型，在計(jì)算機(jī)上重現(xiàn)法求解熱傳導(dǎo)方程，運(yùn)用C++語(yǔ)言編寫(xiě)模擬程序，鑄造過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布情況，預(yù)測(cè)縮孔、縮松、夾研究了界面熱阻對(duì)半個(gè)T型鑄件溫度分布及拐角渣、裂紋等鑄造缺陷分布的位置及產(chǎn)生的原因，從處凝固速率
3、的影響。而優(yōu)化鑄造工藝，提高鑄件質(zhì)量。本文在文獻(xiàn)[11]基礎(chǔ)上，對(duì)AZ91鎂合金砂型近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)鑄造過(guò)程進(jìn)行模擬，探討界面熱阻對(duì)溫度分布的影展，涌現(xiàn)出大批鑄造過(guò)程數(shù)值模擬的商業(yè)軟件。眾響，繪制了不同界面熱阻條件下拐角位置和冒口位[1-3][4][5]多學(xué)者采用ANSYS、PROCAST、AutoCAD置溫度隨時(shí)間的變化曲線。等商業(yè)軟件對(duì)機(jī)床電機(jī)座、車(chē)輛制動(dòng)盤(pán)、農(nóng)機(jī)件犁鏵等具體鑄件進(jìn)行溫度場(chǎng)模擬分析，獲得部分鑄件1鑄件計(jì)算模型凝固溫度分布規(guī)律，為鑄件工藝設(shè)計(jì)提供參考。但1.1T型鑄件模型這些基于商業(yè)軟件的鑄造過(guò)程溫度場(chǎng)模擬研究，無(wú)[6]T型鑄件模型如圖1
4、所示，結(jié)構(gòu)尺寸如表1。法揭示鑄造過(guò)程中的部分物理本質(zhì)。趙鑫采用冒口寬有限元和有限差分結(jié)合的方法離散控制方程，獲得[7]鑄件溫度分布規(guī)律。安曉衛(wèi)等采用有限元法求解溫度場(chǎng)方程，提出了處理界面?zhèn)鳠釂?wèn)題的有效方[8]法。陳玲在采用試驗(yàn)方法確定鑄件/鑄型界面底座高吃砂量傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)取值底座寬圖1T型鑄件模型圖基金項(xiàng)目：商洛市科技局科研計(jì)劃資助項(xiàng)目(SK2014-01-02)；2015年度國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201511396717)；陜西省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃資助項(xiàng)目(SGH13401)表1T型鑄件模型結(jié)構(gòu)尺寸圖cm收稿日期:2016-08-01底座寬底
5、座高冒口寬冒口高吃砂量稿件編號(hào):1608-1450作者簡(jiǎn)介：楊燕(1986—），女,碩士.研究方向:主要從事凝固過(guò)程7012306010數(shù)學(xué)模型分析和半群理論研究.中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)1∕20179試驗(yàn)研究Test&Research1.2參數(shù)值的選取在差分單元上直接應(yīng)用能量守恒定律，根據(jù)單鑄造外部條件如表2所示，材料AZ91鎂合金元內(nèi)積蓄的熱量等于通過(guò)各面?zhèn)魅牒蛡鞒鰺崃康暮丸T型的熱物性參數(shù)如表3所示。代數(shù)和，建立節(jié)點(diǎn)方程：tt+?tT=+?TAxTNSij,,ij表2鑄造的外部條件Tt，(i,j)單元t+Δt(i,j)單元t時(shí)刻的溫度為ij,邊界條件鑄件/鑄型鑄型/空氣鑄件/空氣T
6、tt+?時(shí)刻的溫度為ij,，Ax=Δt/(ρcpν)與材料的密2熱阻/(s·cm·K/J)15005000120度和定壓熱容有關(guān)，ν為單元的體積，Δt為時(shí)間步長(zhǎng)，TNS為單位時(shí)間從各面?zhèn)魅雴卧獰崃康拇鷶?shù)表3熱物性參數(shù)和。密度比熱導(dǎo)熱系數(shù)初始溫度液/固相線潛熱-3在計(jì)算過(guò)程中，選取時(shí)間步長(zhǎng)Δt=0.02s，空間/g·cm/(J/gK)/(J/cm·s)/K/K/(J/g)AZ91鎂合金1.811.020.51871708/693/步長(zhǎng)Δx=Δy=1cm。計(jì)算獲得數(shù)據(jù)采用Tecplot軟砂型1.60.270.0025293//件可視化處理進(jìn)行定性分析，特征數(shù)據(jù)運(yùn)用Origin軟件繪制
7、曲線圖進(jìn)行定量分析。1.3熱傳導(dǎo)微分方程熱傳導(dǎo)微分方程在二維空間中表達(dá)形式為：223結(jié)果與分析?T2????TT=?=ααT??+22?t????xy3.1模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比其中，熱擴(kuò)散系數(shù)α=λ/ρcp，λ為導(dǎo)熱系數(shù)，在鑄造試驗(yàn)過(guò)程中，以鋁合金鑄件和45#鋼鑄cp為比熱，ρ為密度，T為溫度。型為試驗(yàn)對(duì)象，采用測(cè)溫的方法，獲得鑄件冷卻過(guò)程中鑄件和鑄型界面間的溫度變化規(guī)律。為了驗(yàn)2溫度場(chǎng)模擬程序的實(shí)現(xiàn)證模擬計(jì)算結(jié)果的正確性，將模擬計(jì)算獲得鑄件和2.1網(wǎng)格剖分鑄型界面間的溫度變化
