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階段，對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)質鑄件的重要條件。本文以有限元軟件ANSYS為平臺，對HT150長方體鑄件充型過程的流場與溫度場進行了深入的研究。 以ANSYS-CFD模塊為平臺，利用不可壓縮流體的流動控制方程和標準K-ε模型，進行了水充型過程流場的數(shù)值模擬。用已有實驗結果驗證，表明模擬結果是可信的。在漏包澆注條件下，研究了不同的澆包形狀對充型時入口速度、填充順

2、序和流動狀態(tài)的影響。指出當采用不良形狀澆包充型時入口速度波動較大，會產(chǎn)生澆道內(nèi)的流空現(xiàn)象，并可能使大量氣體卷入。對不同入口速度的HT150金屬液充型進行了模擬計算，考察了其填充順序以及自由表面形貌。當入口速度較小時，充型過程平穩(wěn)，無卷氣現(xiàn)象，自由表面沒有明顯起伏；當入口速度較大時，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。 為使金屬液的流動更接近真實的情況，本研究中采用變黏度

3、值與變密度值，對充型過程進行了耦合流場與溫度場的數(shù)值模擬研究，分析了HT150金屬液充型過程中流場與溫度場的相互作用，并比較了耦合溫度場與未耦合溫度場的流場。結果表明，在充型過程的強迫對流換熱模式下，流場對溫度場的分布起決定性的作用，而溫度場對流場的影響微弱。原因是流體是溫度的載體，流場的變化決定了溫度場的變化；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流相對于充型本身的強迫對流而言也很微弱，因而溫度場對流場的

4、影響微弱。因此，耦合溫度場與未耦合溫度場的流場基本一致。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。入口速度對充型過程的流場和溫度場的影響都很顯著。入口速度小時，充型平穩(wěn)，充型時間長，熱量損失大；充型速度大時，金屬液與型壁撞擊強烈，熱量損失也大。不同澆注溫度時，充型過程中流場變化基本相同，而澆注溫度的高低直接決定了充型結束時型腔內(nèi)金屬液溫度的高低，但對型腔內(nèi)溫度場的變化趨勢沒有明顯的影響。鑄型條件對流場的影響不明顯，但直