ADINA分析压铸型温度场及应力场
基于ADINA的混凝土箱梁桥温度场仿真分析
基于 Ａ Ｉ Ａ 的混凝土箱 梁桥温度场仿真分析 ＤＮ
柏华军 曹明明２
（． １ 中铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁处， 湖北 武汉 ２ 中铁大桥局集 团武汉桥梁科学研究院有 限公司 ． ４０６ ； ３０ ３
武汉 ４ ０ ３ ） ３０ ４
【 摘
要ｌ 通过研究混凝土箱梁在太阳辐射作用下产生的温度场机理， 借助有限
１ ． 限元方程 的建立 ２有
用 有 限元法 可 以求 解具 有 定解条 件 式偏 微分
ｌ 瞬态温度场的基本理论
１１ ． 热传
方程（） １的解。若将箱梁 的截面划分为有限个离散
单元 ， 个单 元 的温 度可 以写 为： 每
ｒｘＹｆ＝［ ｝ （，， Ｎ】 ）
度场 ， 在理 论上可 由不稳定 三
１． ． ２边界 条件 的确 定 ４ 置 于大气 中的桥梁 ， 过吸 收太 阳 总辐 射 、 通 与 周 围空气 发生对 流 以及本 身 内的热传 导等 ， 以桥 所 梁结构 表面 温度 和 内部温度 分布 是 瞬时变 化 的。 其 边界主 要 的热交 换有三 种 ：） 收太 阳辐 射 热量和 １吸
向量 ， 是时 间 ｆ 的函数 。
边 界平 面 的太 阳辐 射 的吸 收率 ；为太 阳辐射 强度 ， ， 单 位为 ｗ ｍ ； 为大 气温 度 ， ／ 单位 为 ； 和 ｈ为对 ， 流 换热 系数 和辐 射换 热系 数 ， 单位 为 ｗ （ ） ／ｍ ・
㈥
方程 （） １变分 形式 可 以写 为 ：
元分析程序 Ａ Ｉ Ａ对国内某桥混凝土温度场进行仿真分析， ＤＮ 并将仿真结果和实 测温度进行 了对比分析， 结果显示用 Ａ ＩＡ建立的有限元模型可以准确的仿真 ＤＮ 实际混凝土的温度场。并用曲线拟合 的方法建立 了混凝土箱梁纵向和横 向温度
选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究
选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究一、本文概述随着增材制造技术的快速发展，选区激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）作为一种先进的金属增材制造技术，已经广泛应用于航空航天、医疗生物、汽车制造等领域。
由于其独特的逐层堆积成型方式，SLM技术在制造复杂结构和高性能金属部件方面具有显著优势。
然而，SLM过程中涉及的高温、快速冷却和复杂的热应力变化，往往导致成型件产生热裂纹、翘曲变形等缺陷，严重影响了部件的质量和性能。
因此，对SLM过程中的温度场和应力场进行深入研究，对于优化成型工艺、提高部件质量具有重要意义。
本文旨在通过数值模拟方法，研究选区激光熔化AlSi10Mg过程中的温度场和应力场变化规律。
我们将建立SLM过程的数学模型，包括激光与粉末材料的相互作用、粉末的熔化与凝固过程、热传导与热对流等物理现象。
然后，利用有限元分析软件，模拟不同工艺参数下AlSi10Mg材料的温度分布和应力分布。
通过分析模拟结果，我们可以深入了解SLM过程中温度场和应力场的演变规律，揭示影响成型质量的关键因素。
本文还将探讨如何通过优化工艺参数、改善热管理等方式，降低SLM过程中的热应力，减少成型缺陷，提高AlSi10Mg部件的质量和性能。
我们期望通过本研究，为SLM技术在AlSi10Mg等高性能金属材料的应用提供理论支持和实践指导。
二、文献综述随着增材制造技术的快速发展，选区激光熔化（Selective Laser Melting，简称SLM）作为其中的一种重要工艺，已经在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域展现出广泛的应用前景。
AlSi10Mg铝合金，作为一种轻质高强度的金属材料，在SLM工艺中备受关注。
然而，SLM过程中产生的温度场和应力场对零件的质量和性能具有重要影响。
因此，对AlSi10Mg在SLM过程中的温度场和应力场进行数值模拟研究，对于优化工艺参数、提高零件质量具有重要意义。
铸造模型温度场有限元的分析-模板
铸造模型温度场有限元的分析论文摘要:铸造模型的温度场有限元分析-论文论文关键词:铸造,模型,温度场,有限元分析铸造过程是一个液态金属充填铸型型腔的过程,本次介绍的是不包括液态金属流过型腔并且冷却的过程,不考虑液体流动过程,仅仅是模拟在金属液体全部充满后冷却的过程,这个过程是包含了许多对铸件质量有重要影响的物理过程和现象。
在长期的生产实践中由于缺乏考察这一过程,并且对整个冷却凝固过程没有确切的数据说明,只能依靠设计者的经验积累和现场试验,因此阻碍了铸造行业的发展。
如果能对铸造过程进行模拟,对优化铸造工艺,预测和控制铸件质量和各种逐渐缺陷以及提高生产效率都非常重要。
凝固过程温度场数值模拟可以实现以下目的:提供浇注冲型时序图,凝固过程可视化,预测缩孔,缩松等宏观缺陷,为预测铸造应力,微观组织等提供基础数据,分析评价并通过控制凝固条件优化铸造工艺,减少工艺准备失误率,缩短试制周期,降低试制成本。
所以对铸造模型的温度场的模拟是十分有必要且意义重大。
铸造过程的温度场的模拟主要取决于热传导的问题,这个过程主要是液态铸件的冷却凝固过程与铸型的温度不断上升的过程,此过程为热传导,所以对于温度场的模拟主要抓住热传导理论。
对于具体问题要具体对待,对于热传导问题主要考虑对流散热系数的选取,也就是边界条件,其中边界条件分三类: 第一类边界条件----温度边界条件,即物体与外界接触周界的温度已知。
这类边界条件称为狄利克莱问题。
第二类边界条件----导热边界条件,即物体边界在法线方向上的比热流量已知。
这类边界条件成为牛曼问题。
第三类边界条件----热交换边界条件,即在边界上已知物体与外部介质的热交换情况。
设边界外周围介质的温度为T已知,介质与物体之间的热交换系数为α,物体的热传导系数为λ,则在边界上的热交换条件为:此类边界问题又称为劳平问题。
高温零件的受热边界大多属于第三类边界条件。
所以本次铸造过程的温度场的数值模拟所施加的边界条件为第三类边界条件。
机械工程中的温度场与应力场分析
机械工程中的温度场与应力场分析机械工程是一门应用学科，研究机械结构的设计、制造和维护等方面的知识。
而在机械工程中，温度场与应力场分析是非常重要的一部分，它们直接影响着机械结构的性能和寿命。
本文将介绍机械工程中的温度场与应力场分析，探讨其原理、应用以及相关技术。
一、温度场分析1. 温度场的定义与意义温度场是指在空间中不同位置的温度分布情况。
在机械工程中，温度场对于材料的热胀冷缩、热变形以及热应力等方面的影响非常重要。
通过对温度场的分析，可以确定机械结构在不同温度条件下的性能，进而进行合理的设计和优化。
2. 温度场分析的方法温度场分析可以通过数学建模和计算机仿真两种方法进行。
数学建模方法包括一些传统的热传导方程求解技术，如分析法、二维和三维有限元法等。
计算机仿真方法则是通过建立数学模型，并运用计算机软件进行数值计算，得到温度场的分布情况。
3. 温度场分析的应用温度场分析在机械工程中有着广泛的应用。
例如，在锻造、焊接、铸造等工艺过程中，温度场分析可以帮助工程师确定材料的热历史，预测材料的变形情况，从而指导工艺参数的选择。
此外，在机械结构的设计中，温度场分析可以帮助工程师确定合理的材料选择、结构改进，提升机械结构的耐高温性能。
二、应力场分析1. 应力场的定义与意义应力场是指在机械结构内部不同位置的应力状态。
应力是材料内部的力学性质，对于机械结构的强度、刚度、耐久性等方面具有重要影响。
通过对应力场的分析，可以确定机械结构在工作载荷下的应力分布情况，进而进行合理的设计和优化。
2. 应力场分析的方法应力场分析可以通过数学建模和计算机仿真两种方法进行。
数学建模方法包括一些传统的力学方程求解技术，如静力学、弹性力学等。
计算机仿真方法则是通过建立数学模型，并运用计算机软件进行数值计算，得到应力场的分布情况。
3. 应力场分析的应用应力场分析在机械工程中具有广泛的应用。
例如，在机械结构的设计中，应力场分析可以帮助工程师确定机械结构的合理尺寸、形状和材料，确保机械结构在工作载荷下不会发生失效。
铸造模型的温度场有限元分析
铸造模型的温度场有限元分析概述铸造是一种工程制造方法，将液态金属或其他物质浇铸到一个模具中，让其冷却并形成所需形状。
在铸造过程中，温度场是非常重要的因素。
温度场决定了物体的热胀冷缩、形变、质量等方面，因此对温度场进行分析和优化是铸造中非常关键的步骤。
有限元分析是一种数值分析方法，广泛应用于工程领域中的物理模拟和优化。
它通过将复杂的物理系统划分成离散的小单元，然后进行数值计算，求解问题的数值解。
因为铸造模型具有复杂的结构和几何形状，因此需要使用有限元分析方法对其温度场进行建模和分析。
建模铸造模型的温度场建模通常采用有限元法。
首先需要将模型划分为许多小单元，然后对每个小单元进行分析。
对于铸造模型，一般采用三维有限元建模。
建模首先需要构建模型几何结构，通常可以使用CAD软件进行建模，并将建模结果导入有限元分析软件中。
此外，还需要确定材料属性如热传导系数、比热容等物理参数。
这些参数可以通过实验或者文献数据获得。
模型建立后，需要进行网格划分。
网格划分是将模型划分为许多小单元的过程。
划分应该既能保证精度，又不能花费过多的计算资源。
常用的有限元网格包括四面体网格和六面体网格。
求解一旦建立了有限元模型并完成了网格划分，就可以求解铸造模型的温度场了。
求解需要根据材料性质、边界条件和初值条件设置方程组。
为此，通常会考虑以下因素：•材料参数：包括材料的比热容、密度、热传导系数等。
•边界条件：包括模型的外表面或锥度面进行空气自流冷却，穴道内部注射的铸造材料温度，模型的初值等。
•时间步长：需要选用适当的时间步长来求解模型。
通过建立方程组，使用求解器对其进行求解。
有限元分析通常可以获得模型的温度分布、热流量、热应力等结果。
结果分析求解完成后，可以对求解结果进行分析和优化。
通常采用后处理软件进行结果可视化，比如ParaView、Tecplot等软件。
常用的分析方式包括对温度场进行动态展示、温度场的等高线图、热流分布图等。
这些可视化结果可以帮助研究人员更好地了解模型温度分布的规律，并进行优化改进。
ADINA分析压铸型温度场及应力场
预热 对模 具 温度梯度 的 影响。
关键词 ： 限元 软件 ＡＤ Ｎ 温度场 ， 力场 ， 铸 型 有 Ｉ Ａ， 应 压
中图分 类号 ： Ｇ ４ ２： Ｔ ２ ９． 文献标 识码 ： 文章 编 号 ： ０ ６ ９ ５ （ ０ ８ ０ — Ａ； １ ０ — ６ ８ ２ ０ ）３ ３
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｏ ｅ ｔ ｍ ｐ ｒｔ ｒ ｉｌ ｎ ｔｅ ｓｆ ｌ ｎ ｔ ｅ ｉｉａ ｓａ ｅ ｆｔｅ ｐｒｃ ｓ ｆｔ ｅ ｈｇ ｓ ｒｃ ： ｅ ｃ ｒ ｅ Ｔ ｅ ａｕ ｅ ｆ ｄ ａ ｄ ｓｒ ｓ ｉ ｄ ｉ ｈ ｎｔ ｌ ｔ ｇ ｓ Ｏ ｈ ｏ ｅ ｓ ｏ ｈ ｉ ｈ ｅ ｅ ｉ
压 铸型 的费 用很 高 ，中等 大小 的铸 件所 用 的压 铸型 费用在 ２ ｌ ～ ５万人 民币 ， 大型铸 件 和形状 复 杂 的 零 件所需 的压 铸型 费用则 更高 。因此 ， 如何 提 高压 铸 型的寿命 是关 键【 压铸 型 的使 用 寿命在很 大程度 上 １ 】 。
大型半开放式压铸温度场与应力场的数值模拟研究
０ 引 — 口 ＝
大型 半开放 式纯 铜压铸 生产 出的 纯铜铸 件废 品
率很 高 ， 主要是 产生 热裂纹Ｌ ， １ 而热 裂纹 一般 出现在 ］
计 、 工 工艺等具 有一定 的指导 意 义 。 加 关 键词 ： 开放 式压铸 ； 半 温度 场 ； 力 场 ； 限元 应 有 法； 数值 模拟
铸件 表 面。控制 热裂纹 的关 键是控 制凝 固过程 中铸 件 的温度分 布 ， 使 铸 件各 部 分 的 温度 差 控 制在 较 应 小范 围 ， 以免产 生较 大 热 应力 。为 了预 测 纯 铜铸 件
热裂 纹 的产 生 ， 用 ＡＮＳ Ｓ软 件 作 为模 拟 仿 真 工 采 Ｙ 具 ， 铸件 凝 固过 程 的 瞬态 温 度 及 瞬态 应 力 进行 数 对
Ｃ Ｎ ｈ —ｊｎ， ＨＥ Ｓ ｉ ｕ ＷＡＮＧ Ｌｉ ｕ —ｈ ａ
（ ａ ｕ ｔ ｆＭ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌａ ｄ Ｅｌｃ ｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｆ ｃ ｌ ｏ ｃ ａ ｉ ａ ｎ ｅ ｔｉａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ．Ｋｕ ｍｉ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｋ ｕ ｍｉ ｇ ６ ０ ９ ， ｉ ａ ｙ ｎ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ｎ ｎ ５ ０ ３ Ｃｈ ｎ ） ｙ
值 模 拟 ， 据模拟 结果 分析是 否存 在热裂 纹缺 陷 ， 根 为
后续 的工艺 优化 提供科 学依 据 。
１ 数 学模 型 的建 立
１ １ 温 度 场 数 学 模 型 ．
温度场 数值模 拟不 仅能 准确地表 达铸 件凝 固冷 却 的过 程 ， 且 能 预 测 和 分 析 铸 件 疏 松 、 孔 等 缺 而 疏
铸件凝固过程中热应力场及热裂的数值模拟研究分析.
铸件凝固过程中热应力场及热裂的数值模拟研究分析1 铸件凝固过程数值模拟的意义及概况自1962年丹麦Fround第1个采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来，计算机在铸造工艺研究中得到了广泛的应用，如凝固过程温度场、热应力场的数值模拟，充型过程流速场的数值模拟；组织形态及力学性能的数值模拟等。
通过这些单1或复合过程的数值模拟，可以分析铸件中存在的各种缺陷的产生原因，进而采取相应工艺措施来消除缺陷，实现工艺优化，同时可以节省大量的人力、物力和财力，缩短产品从设计到应用的周期，增强产品的市场竞争能力。
如今，在芬兰，90%以上的铸造厂在日常中应用铸造模拟软件辅助铸造工艺设计；世界上一些大型的汽车公司的铸造厂，如美国的通用、福特，德国的奔驰等，都把数值模拟软件作为1种日常工具来使用。
近10年来，涌现出了许多优秀的铸造过程数值模拟软件，如美国的ProCast、德国的MAGMASoft、芬兰的CastCAE、西班牙的ForCast、日本的CASTEM、法国的SIMULOR软件等。
从功能上看，许多软件可以对砂型铸造、金属型铸造、精密铸造、压力铸造等多种工艺进行温度场、流场、应力场的数值模拟，可以预测铸件的缩孔、缩松、裂纹等缺陷和铸件各部位的组织。
国内在经历了10多年的基础研究和发展后，也出现了一些技术水平接近国外商品化的应用软件，可以进行铸钢、铸铁件砂型铸造时的三维温度场模拟及收缩缺陷的预测，以及对铸钢、铝合金件的热应力场进行模拟。
总的来说，国外软件的通用性强，能进行铸造全过程的数值模拟，并具有较强的后置处理功能及友好的用户界面。
建模方便，易于模型设计和修改，便于用户掌握和使用。
其计算精度与运算速度等方面也能满足需要。
正因为如此，国外模拟软件已经成为实际生产中的有力工具.国内不少用户趋向于采用大型通用工程软件如：COSMOS、ANSYS、ADINA等进行模拟计算。
2 数值模拟的基础性研究2.1 铸件凝固过程温度场数值模拟经过几十年的发展，铸件凝固过程温度场数值模拟技术已日臻成熟。
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合金及其熔制、造型材料及其制备、砂型铸造与特种铸造、铸造质量与检验分析、铸造安全卫生与
环境保护等诸多方面的问题对策。
（陈琦）
３６
万方数据
ＣＦＭＴ中国铸造装备与技术３／２００８
３应力场分析 根据材料力学第一强度理论可
知：当铸造最大主应力大于金属的强度 极限时便会出现裂纹。由于选择的制件 厚度一致，只考虑由于热冲击与机械阻 力（合金的固态膨胀、收缩受到铸型和 芯型的机械阻碍）形成的应力。铸造内 应力是铸件产生变形和裂纹的基本原 因，其在铸件冷却过程中与热应力共同 作用，促进了了铸件的裂纹倾向。
ＡＤＩＮＡ分析压铸型温度场及应力场
ＡＤＩＮＡ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｄｉｅ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｄｉｅｓ
曾珊琪张翠珠（陕西科技大学机电工程学院，西安市７１００２１）
摘要：采用有限元软件ＡＤＩＮＡ对压铸型在初期压铸过程中模具型芯温度场及应力场的分布情况进行数 值模拟，得到压铸型温度场与热流分布图和最大应力分布图：并利用ＡＤＩＮＡ软件分析了冷却水管的作用以及 预热对模具温度梯度的影响。
ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＦＥＭ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＤＩＮＡ．ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ。 ｈｅａｔ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒｔ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｐｉｐｅ ｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｅ ｈａｓ ａｌｓｏ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ＡＤＩＮＡ．
：，关键词：有限元软件ＡＤＩＮＡ，温度场，应力场，压铸型 中图分类号：ＴＧ２４９．２；文献标识码：Ａ；文章编号：１００６—９６５８（２００８）０３—３． Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｓｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ
万方数据
ＣＦＭＴ中国铸造装备与技术３１２００８
格划分、载荷加载，同时生成料．ＴＭＰ文件，获得铸型 的温度分布及其变化，并以此为依据将求解所得的 温度转换为热载荷，模拟压铸模具的热应力分布，进 而研究热疲劳对模具寿命的影响以及模具的变形等 问题。利用ＰＬＯＴ模块得到在环境温度为２０℃，浇注 温度为６００。Ｃ情况下，铸造１ｓ后铸件与型芯的温度 场分布图与热流分布图如图２所示，此图与利用温 度作为载荷，在ＡＤＩＮＡ结构模块中得到的温度场分 布是完全相同的，且模拟结果与参考文献［４】中基本 相同。
从ＡＤＩＮＡ中可查看任意节点处的温度，例如模 具中心线部分的温度图如图４所示。温度梯度随着 距离制件距离的增加而不断减小。梯度越大，说明其 在以后使用过程中热疲劳程度越大，在设计型芯过 程中可针对主要疲劳区域进行有效的热处理措施。 ２．３ ＡＤＩＮＡ分析冷却水管对温度的影响
在模具内增设冷却水管可以降低模具表层的温 度梯度，降低温度变化对模具的热冲击，及其产生的 热应力。一般大型模具的冷却水管直径为１５～２０ｍｍ， 小型模具一般为８－１０ｍｍ，距型腔表面的距离一般为
图中正方形网格的边长为１０ｍｍ，可以看到图２ 中温度分布的不均匀性较为严重，引起较大的热应 力。（暂不考虑制件与型芯问的界面层）靠近制件的 型芯表层的温度几乎接近制件温度，由于热辐射的 作用，距离制件越远温度越低。由热流图（左图虚线 所示部分）可见在制件拐角部分的热流最大，该部分 有可能是产生最大热应力的部分。模具表层长时间 受到金属液在充型和凝固时的强烈冲刷和不断循环 的热应力作用将严重影响模具使用寿命。 ２．２预热对模具温度的影响
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＥＭ ｓｏｆｔｗａｒｅＡＤＩＮＡ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ；ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ；ｄｉｅｃａｓｔｉｎｇ ｄｉｅｓ
压铸型的费用很高，中等大小的铸件所用的压 铸型费用在２～１５万人民币，大型铸件和形状复杂的
零 件所需的压铸型费用则更高。因此，如何提高压铸
型的寿命是关键１１Ｉ。压铸型的使用寿命在很大程度上 取决于其在压铸过程中热应力和其产生的变形，采 用有限元数值模拟的方法分析保压过程的传热现 象，对模具的温度梯度、温度场分布、应力分布有了 新的认识方法，得到铸件和模具在工作中的温度场 的分布，温度梯度及最大主应力，为优化模具结构和 压铸工艺提供依据。
参考文献
图６最大主应力分布图（左：未预热右：预热）
１李仁杰．压力铸造技术［Ｍ１．ＪＥ京：国防工业出版社，１９９６（７）． ２林慧国，等．模具材料应用手册ｆＭｌ一Ｅ京：机械工业出版社，２００４：
２５７—２６０．
３殷经星，翻比非应用有限元瞬态温度场分析软件辅助设计大直径 铝锭感应加热方案【Ｊ】．全国工业炉髓电热学术会议．２０００：２９７—３０２．
版。
‘
据统计，第２版已对原书的铸造技术问题对策进行了２１４条修改，２０条整合、分解或删除， ２３０条新增，总计修订条款约为全书的４４％。
第２版仍保留了原有的编写视角和编写风格，并根据“以人为本”创建绿色铸造、和谐铸造的
基本思路，新增加一篇“铸造安全卫生与环境保护方面”的内容。
修订后的第２版《铸造技术问题对策》一书，按铸件设计和铸造技术分为７篇，筒述了铸造领 域中４４个方面的１０４８条铸造技术问题对策，既涉及到铸件设计方面的问题对策，也涉及到铸造
１模具材料及压铸工艺 目前用压铸法生产的铝合金铸件最多，约占
９０％，因此本文选择铝合金为压铸件材料。选用的压 铸件平均壁厚为１０ｒａｍ，形状如图１所示的壳体。其 工作温度为６０００Ｃ左右，铝合金液压人型腔的速度为 ４５～１８０ｍ／ｓ，因此在模拟过程中忽略充填时间，认为 合金瞬间充满型腔。
型芯的材料为３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ；本研究中涉及的参数 包括［２１：密度为７７４０ｋｇ／ｍ３；正弹性模量Ｅ＝２１４０００Ｎ／ ｍｍ２；泊松比Ａ＝０．４６６；热导率、线膨胀系数随温度变 化，如表ｌ、表２所示。
操作前将３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢制铝合金压铸模进行预
热（２０００Ｃ），可提高其韧性，降低模具表面层的温度 梯度和热应力，防止早期开裂。图３所示为预热后模 具的温度与热流分布图。
型芯表面一直在绿色范围即４００。Ｃ左右，整个模 具的温度差有２００。（２左右，较未预热时减小了２００。Ｃ。
图４型芯中心温度梯度图
热流最大值也有所降低，由原来的１４４５Ｗ／ｍ２降低 到１１２１Ｗ／ｍ２，这表明炽热金属对模具的热冲击较未 预热时小。研究表明，将模具预热至２００ｑＣ，并在模腔 上喷涂经加热的石墨水剂，使模温一直保持在２００— ４００℃时，模具寿命可提高一倍以上。
图５冷却水管对模具温度及热流的影响
４结束语 通过ＡＤＩＮＡ软件对压铸型的保
压初始阶段的温度及应力分析的结果 可以看到：模具的预热及合理的冷却水管设计对于
降 低模具温度梯度、减少热应力、推迟裂纹的产生起
着重要的作用。本文为以后通过ＡＤＩＮＡ设置时间函 数后对模具热平衡问题的掌握提供了前期基础和研 究方法。
４杨裕国．压铸模的热流最与温度梯度．特种铸造及有色合金：压铸专 刊【Ｊ】，２００２：１３０－１３３．
５韩雄伟，吴卫．铝合盒压铸模其温度场数值分析［Ｊ】常熟理工学 院学报，２００７（４）：８０—８３．
崭书《锈造丝术两题习萦》（第２皈）俞语
由陈琦、彭兆弟主编的《铸造技术问题对策》（第２版），已由机械工业出版社于２００８年４月出
温物体或区域传向低温物体或区域。考虑三种经典 热量传热方式：铸件与模具间主要以热传导的方式 传递热量；模具与周围环境主要以热辐射（合金表面 的热辐射系数一般为Ｏ．２２～０．４ｔ３１）与热对流的方式传 递热量；冷却水管与模具间主要考虑热对流与热传 导。 ２．１ ＡＤＩＮＡ分析结果
由于此次分析选择的铸件与型芯结构简单、均 为轴对称实体，所以将其简化为二维图形进行分析。 应用ＡＤＩＮＡ中Ｔｈｅｒｍａｌ分析模块建立模型、进行网
１０～３０ｍｍ １５１，模拟选用距离模具表层 ２０ｃｍ直径为１０ｅｒａ的水管。
图５为不考虑预热，水温为２０℃ 条件下温度与热流分布图。与图１相 比。模具整体平均温度降低，梯度减 小，热流沿着冷却水管方向流动，带走 部分热量。为了减少水管对模具急冷 作用，一般应将水加热到３０～４００Ｃ。
图２朱预热情况下温度场与热流避分布图（左：温度场右：热流黾） 图３预热条件下温度场与热流鼍分布
收稿日期：２００８－０１－０７ 文章编号：２００８－－００６ 作者简介：曾珊琪（１９５４一），女。教授，主要研究方向为材料成形理论
及模具制造
图ｌ制件结构图
表ｌ ３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ的热导率
温度／ｏＣ
１００
燕导率用．（ｍ．Ｋ）一－
２０．１
２００ ２２．２
７００ ２４．３
表２ Ｃｒ２Ｗ８Ｖ线膨胀系数
２温度场分析 有温度差存在的地方，就会有热量自发地从高
ＣＦＭＴ 万中方国铸数造据装备与技术３／２００８
３５
． 图６为最大主应力分布图，预热 后应力差相对于未预热时明显减小， 从图中可以推测早期裂纹出现的位 置。
型芯可以自发地通过变形来减缓 其内应力，以便趋于稳定状态。显然， 只有原来受拉伸部分产生压缩变形， 受压缩部分产生拉伸变形，才能使残 余应力减小或消除。所以，设计时尽可 能使铸件的壁厚均匀，形成对称；工艺 上采用同时凝固原则，以使冷却均匀 采用反变形法（长而易变形的铸件）； 重要机件进行时效处理（自然时效、人 工时效），加热５５０～６５０。Ｃ，进行去应 力退火。