基于有限元的模拟挤压铸造凝固过程数学模型分析

雪莲 媛媛

【摘要】通过模拟挤压铸造凝固过程中铸件温度、应力等方面的有限元模型，该模型主要包含凝固過程中界面传热与变形相互作用、冲头压力下的变形等。并利用软件对各种参数下A356铝合金挤压铸造展开模拟计算，模拟与实验结果一致，表明所建立模型对挤压铸造中的热和力分析是正确的。

【关键词】有限元  挤压铸造  数学模型

【中图分类号】TG249.2 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）14-0234-02

1.建立传热模型及计算

基于柱坐标下对铸件形状实施模拟，便于消除直角坐标系模拟系统有些结果中心不对称、结果局部失真等弊端。所设的模型用热焓法实施处理，传热微分方程为：

2.1热-力耦合模拟效果

根据分析可知，挤压铸造凝固过程属于传热和变形之间相作用的过程，界面压力改变及气隙形成，会改变凝固壳表面传热条件，影响型腔的温度场。因此，构建热—力耦合模型，动态展现挤压铸造凝固与变形之间的相互作用，准确模拟铸件的凝固及力学行为。

2.2建立铸件与模具界面传热模型

铸件/模具间界面热阻会影响传热和铸件凝固过程，界面传热模型是热—力耦合模拟的重点内容，主要包含表面粗糙度、涂料厚度、界面气隙等。文中依据挤压铸造工艺实际情况，指出界面传热主要受接触热阻、辐射等方面的影响。界面换热系数求解公式如下：

3.分析挤压铸造模拟实例

本研究所用铸件为A356铝合金，模具材料为H13钢，横截面尺寸设定为80mm*32mm。为掌握不同参数对铸件质量的影响，挑选4组工艺参数展开挤压铸造实验，铸件实施冷却处理后由中间切开，并认真观察、磨平横截面。见表1。

4.结论

构建模拟挤压铸造凝固过程中铸件温度场、应力场变化过程的数学模型，介绍温度场、应力场有限元模型和针对性的求解方法。通过实例进行模拟，铸件截面吻合度较好，说明建立的模型对挤压铸造凝固环节的热和力分析基本正确。