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基于有限元的镁合金、铝合金压铸用模具热机耦合分析

原文作者:
  张光明,李明,傅建,彭必友
发布时间:
  2014-08-20
来    源:
  四川工程职业技术学院,西华大学材料科学与工程学院
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摘要:基于PROCAST压铸模块热-机耦合分析系统,分别针对A356和AZ91B两种铸件材质,采用H13模具钢,对比分析了铝合金和镁合金压铸件及压铸模具温度场和应力场,得出了压铸镁合金模具温度场及应力场的分布特征,对指导镁合金压铸模具设计及生产提出了见解。
    随着我国汽车、电子、通讯等行业的迅猛发展,对质量轻、比强度和比刚度高、抗电磁辐射力强的镁合金压铸件的需求急剧增长。据统计,目前工程构件使用的镁合金中98%来自于高压铸造[1],镁合金压铸件显示出十分广阔的应用前景。
    压铸模具是压铸生产的主要工艺装备,其温度场和应力场分布对压铸件质量、模具寿命、生产率等有重要影响。一方面,模具的温度场通过影响充型过程和冷却条件,进而影响压铸件成形质量和内部组织质量;另一方面,模具在压铸过程中反复受激冷激热作用,产生拉、压交变应力,加之模具内有较大的温度梯度,导致内应力较大。随着压铸循环次数的增加,模具逐渐因变形、裂纹等失效。因此,为了保证模具和压铸件的尺寸精度,提高模具的使用寿命,应加大对压铸过程中模具所受热应力和产生的变形的预测,从而有利于指导模具的设计。
    由于压铸过程的传热和边界条件以及压铸件的结构等较复杂,对压铸过程进行热- 机耦合数值模拟难度较大,加之镁合金压铸件近年来才得到越来越广泛的应用,所以对镁合金压铸件模具进行热- 机耦合数值模拟以得到其三维应力和变形的分布规律目前还少见报道。基于此,本文针对一款包括上模、下模、镶块和复杂加热、冷却装置在内的压铸系统,采用PROCAST有限元软件,对铸件和模具温度场、应力场分布进行了镁合金与铝合金铸件材质条件下数值模拟的对比分析,为分析模具失效形式、优化模具结构和指导镁合金压铸模具设计及镁合金压铸生产提供了理论支撑。
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