基于ANSYS的鑄件充型過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、鑄件充型過程是鑄件成形的第一個(gè)階段，對(duì)鑄件的凝固過程有著重要的影響。因此，了解并控制充型過程是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的重要條件。本文以有限元軟件ANSYS為平臺(tái)，對(duì)HT150長(zhǎng)方體鑄件充型過程的流場(chǎng)與溫度場(chǎng)進(jìn)行了深入的研究。 以ANSYS-CFD模塊為平臺(tái)，利用不可壓縮流體的流動(dòng)控制方程和標(biāo)準(zhǔn)K-ε模型，進(jìn)行了水充型過程流場(chǎng)的數(shù)值模擬。用已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，表明模擬結(jié)果是可信的。在漏包澆注條件下，研究了不同的澆包形狀對(duì)充型時(shí)入口速度、填充順

2、序和流動(dòng)狀態(tài)的影響。指出當(dāng)采用不良形狀澆包充型時(shí)入口速度波動(dòng)較大，會(huì)產(chǎn)生澆道內(nèi)的流空現(xiàn)象，并可能使大量氣體卷入。對(duì)不同入口速度的HT150金屬液充型進(jìn)行了模擬計(jì)算，考察了其填充順序以及自由表面形貌。當(dāng)入口速度較小時(shí)，充型過程平穩(wěn)，無卷氣現(xiàn)象，自由表面沒有明顯起伏；當(dāng)入口速度較大時(shí)，直澆道下方壓力大，金屬液在充型過程中與型壁之間撞擊強(qiáng)烈，卷氣現(xiàn)象明顯，自由表面上方有明顯的塌陷。 為使金屬液的流動(dòng)更接近真實(shí)的情況，本研究中采用變黏度

3、值與變密度值，對(duì)充型過程進(jìn)行了耦合流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬研究，分析了HT150金屬液充型過程中流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的相互作用，并比較了耦合溫度場(chǎng)與未耦合溫度場(chǎng)的流場(chǎng)。結(jié)果表明，在充型過程的強(qiáng)迫對(duì)流換熱模式下，流場(chǎng)對(duì)溫度場(chǎng)的分布起決定性的作用，而溫度場(chǎng)對(duì)流場(chǎng)的影響微弱。原因是流體是溫度的載體，流場(chǎng)的變化決定了溫度場(chǎng)的變化；而在充型過程中因溫度變化引起的黏度變化非常小，而密度變化引起的自然對(duì)流相對(duì)于充型本身的強(qiáng)迫對(duì)流而言也很微弱，因而溫度場(chǎng)對(duì)流場(chǎng)的

4、影響微弱。因此，耦合溫度場(chǎng)與未耦合溫度場(chǎng)的流場(chǎng)基本一致。入口速度、澆注溫度和鑄型條件是影響金屬液充型過程的重要因素。入口速度對(duì)充型過程的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響都很顯著。入口速度小時(shí)，充型平穩(wěn)，充型時(shí)間長(zhǎng)，熱量損失大；充型速度大時(shí)，金屬液與型壁撞擊強(qiáng)烈，熱量損失也大。不同澆注溫度時(shí)，充型過程中流場(chǎng)變化基本相同，而澆注溫度的高低直接決定了充型結(jié)束時(shí)型腔內(nèi)金屬液溫度的高低，但對(duì)型腔內(nèi)溫度場(chǎng)的變化趨勢(shì)沒有明顯的影響。鑄型條件對(duì)流場(chǎng)的影響不明顯，但直