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技術(shù)文章
模溫機(jī)-應(yīng)用于擠出機(jī)行業(yè)方案與可行性
點(diǎn)擊次數(shù)：2166 發(fā)布時(shí)間：2011-11-21
（1）CAE軟件的核心和基本思路
CAE的核心是利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)壓鑄過程進(jìn)行仿真，模溫機(jī)，在利用CAD技術(shù)對(duì)壓鑄工藝和模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，或者對(duì)現(xiàn)有的壓鑄模具及壓鑄工藝，通過壓鑄件充型過程和凝固過程的數(shù)值模擬，以及壓鑄模具溫度、應(yīng)力分布變化規(guī)律的數(shù)值模擬分析，對(duì)壓鑄件質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而對(duì)工藝和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，必要時(shí)進(jìn)行修改，使之優(yōu)化哪〕。
鑄件充型、凝固過程數(shù)值模擬的基本思路是用有限分析（有限元或有限差分）方法對(duì)充型或凝固過程相應(yīng)的流動(dòng)、模溫機(jī)、溫度、應(yīng)力應(yīng)變等物理場(chǎng)所服從的數(shù)理方程進(jìn)行數(shù)值求解，得出這些物理場(chǎng)基于時(shí)空四維空間行為的細(xì)節(jié)，由此引出相應(yīng)的工程性的結(jié)論。一般而言，這些數(shù)理方程都是時(shí)空四維空間里的二階偏微分方程，這種方程只有在極其簡(jiǎn)單的邊界條件下才有可能通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法求得其通用的分析解，而在實(shí)用鑄件的情況下，邊界和初始值條件都非常復(fù)雜，實(shí)際上不存在通用的分析解。但是，借助高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)，采用數(shù)值求解方法，這些復(fù)雜的邊界初值問題可以得到完滿的解決即〕。
（2）壓鑄件充型過程三維流場(chǎng)模擬分析［36,"7〕
液態(tài)金屬在壓力下充型的流態(tài)、流速、壓力大小等都對(duì)壓鑄件質(zhì)量起著重要作用。金屬液的填充模式是影響壓鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，許多缺陷如澆注不足、冷隔、皺皮、氣孔等都與之相關(guān)，同時(shí)它也是影響壓鑄模壽命的重要因素之一。因此，需要通過對(duì)充型過程的模擬、模溫機(jī)，正確描述型腔填充的動(dòng)態(tài)過程，以檢驗(yàn)澆注系統(tǒng)的合理性和優(yōu)化內(nèi)澆口位置、澆道尺寸及壓鑄工藝參數(shù)等。金屬液在流動(dòng)過程中存在熱交換現(xiàn)象，的流場(chǎng)模擬軟件要藕合溫度場(chǎng)模擬軟件，并采用較為復(fù)雜而又比較的紊流兩相流模型，描述壓鑄充型過程的流場(chǎng)，壓鑄充型過程數(shù)值模擬程序運(yùn)行主要過程如下。
?、儆?jì)算模式選擇：設(shè)定計(jì)算模式包括設(shè)定控制計(jì)算時(shí)間和控制計(jì)算循環(huán)；設(shè)定計(jì)算區(qū)域是壓室還是型腔。
?、谖镄詤?shù)及工藝操作參數(shù)讀入：物性參數(shù)包括流體流動(dòng)物性參數(shù)；工藝操作參數(shù)包括型腔、壓室及澆道的必要幾何參數(shù)，壓射工藝參數(shù)及壓鑄機(jī)的性能參數(shù)。
?、劬W(wǎng)格信息讀人及預(yù)處理：讀型腔、模溫機(jī)，模具及澆注系統(tǒng)部分網(wǎng)格剖分文件，設(shè)定單元標(biāo)志變量。
④初始條件輸人：對(duì)計(jì)算中所用的常量賦初始值；對(duì)計(jì)算所用的數(shù)值變量包括壓力、速度紊動(dòng)能耗散率等賦初始值。
?、葸吔鐥l件確定：設(shè)定固壁邊界速度紊動(dòng)能耗散率等變量值；設(shè)定澆道人流速度紊動(dòng)能耗散率。若計(jì)算慢壓射過程，則要設(shè)定沖頭的移動(dòng)等。
⑥結(jié)果輸出：輸出流場(chǎng)數(shù)值模擬的速度、壓力、溫度及液相體積分?jǐn)?shù)等計(jì)算結(jié)果。
在壓力鑄造條件下，金屬液在數(shù)萬千牛每平方米的高壓下以10一30m/S的速度填充型腔，模溫機(jī)，這使得金屬液以噴射紊流狀態(tài)進(jìn)人并填充型腔；又由于壓鑄件通常具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜和薄壁的特點(diǎn)，使得壓鑄過程分析模擬較為困難。壓鑄的這種工藝和結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使得壓鑄過程數(shù)值模擬比普通重力鑄造條件下的數(shù)值模擬更為困難。為此針對(duì)壓鑄過程的數(shù)值模擬軟件必須能夠處理如下問題。
CAE的核心是利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)壓鑄過程進(jìn)行仿真，模溫機(jī)，在利用CAD技術(shù)對(duì)壓鑄工藝和模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，或者對(duì)現(xiàn)有的壓鑄模具及壓鑄工藝，通過壓鑄件充型過程和凝固過程的數(shù)值模擬，以及壓鑄模具溫度、應(yīng)力分布變化規(guī)律的數(shù)值模擬分析，對(duì)壓鑄件質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而對(duì)工藝和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，必要時(shí)進(jìn)行修改，使之優(yōu)化哪〕。
鑄件充型、凝固過程數(shù)值模擬的基本思路是用有限分析（有限元或有限差分）方法對(duì)充型或凝固過程相應(yīng)的流動(dòng)、模溫機(jī)、溫度、應(yīng)力應(yīng)變等物理場(chǎng)所服從的數(shù)理方程進(jìn)行數(shù)值求解，得出這些物理場(chǎng)基于時(shí)空四維空間行為的細(xì)節(jié)，由此引出相應(yīng)的工程性的結(jié)論。一般而言，這些數(shù)理方程都是時(shí)空四維空間里的二階偏微分方程，這種方程只有在極其簡(jiǎn)單的邊界條件下才有可能通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法求得其通用的分析解，而在實(shí)用鑄件的情況下，邊界和初始值條件都非常復(fù)雜，實(shí)際上不存在通用的分析解。但是，借助高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)，采用數(shù)值求解方法，這些復(fù)雜的邊界初值問題可以得到完滿的解決即〕。
（2）壓鑄件充型過程三維流場(chǎng)模擬分析［36,"7〕
液態(tài)金屬在壓力下充型的流態(tài)、流速、壓力大小等都對(duì)壓鑄件質(zhì)量起著重要作用。金屬液的填充模式是影響壓鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，許多缺陷如澆注不足、冷隔、皺皮、氣孔等都與之相關(guān)，同時(shí)它也是影響壓鑄模壽命的重要因素之一。因此，需要通過對(duì)充型過程的模擬、模溫機(jī)，正確描述型腔填充的動(dòng)態(tài)過程，以檢驗(yàn)澆注系統(tǒng)的合理性和優(yōu)化內(nèi)澆口位置、澆道尺寸及壓鑄工藝參數(shù)等。金屬液在流動(dòng)過程中存在熱交換現(xiàn)象，的流場(chǎng)模擬軟件要藕合溫度場(chǎng)模擬軟件，并采用較為復(fù)雜而又比較的紊流兩相流模型，描述壓鑄充型過程的流場(chǎng)，壓鑄充型過程數(shù)值模擬程序運(yùn)行主要過程如下。
?、儆?jì)算模式選擇：設(shè)定計(jì)算模式包括設(shè)定控制計(jì)算時(shí)間和控制計(jì)算循環(huán)；設(shè)定計(jì)算區(qū)域是壓室還是型腔。
?、谖镄詤?shù)及工藝操作參數(shù)讀入：物性參數(shù)包括流體流動(dòng)物性參數(shù)；工藝操作參數(shù)包括型腔、壓室及澆道的必要幾何參數(shù)，壓射工藝參數(shù)及壓鑄機(jī)的性能參數(shù)。
?、劬W(wǎng)格信息讀人及預(yù)處理：讀型腔、模溫機(jī)，模具及澆注系統(tǒng)部分網(wǎng)格剖分文件，設(shè)定單元標(biāo)志變量。
④初始條件輸人：對(duì)計(jì)算中所用的常量賦初始值；對(duì)計(jì)算所用的數(shù)值變量包括壓力、速度紊動(dòng)能耗散率等賦初始值。
?、葸吔鐥l件確定：設(shè)定固壁邊界速度紊動(dòng)能耗散率等變量值；設(shè)定澆道人流速度紊動(dòng)能耗散率。若計(jì)算慢壓射過程，則要設(shè)定沖頭的移動(dòng)等。
⑥結(jié)果輸出：輸出流場(chǎng)數(shù)值模擬的速度、壓力、溫度及液相體積分?jǐn)?shù)等計(jì)算結(jié)果。
在壓力鑄造條件下，金屬液在數(shù)萬千牛每平方米的高壓下以10一30m/S的速度填充型腔，模溫機(jī)，這使得金屬液以噴射紊流狀態(tài)進(jìn)人并填充型腔；又由于壓鑄件通常具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜和薄壁的特點(diǎn)，使得壓鑄過程分析模擬較為困難。壓鑄的這種工藝和結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使得壓鑄過程數(shù)值模擬比普通重力鑄造條件下的數(shù)值模擬更為困難。為此針對(duì)壓鑄過程的數(shù)值模擬軟件必須能夠處理如下問題。