照相机铝合金外壳压铸CAE分析

    1引言

    由于铝合金密度小,比强度高于铜合金、球铁及碳素钢,使压铸件具有良好的综合性能、铸造性能和机械性能,在很多行业获得了广泛的应用,因而,铝合金压铸件的CAE分析对提高铸件质量、缩短生产周期、降低生产成本、采取合理措施优化工艺参数具有重要的意义。

    现利用美国UES公司开发的铸造过程仿真分析软件ProCAST对某厂照相机外壳的压铸成型过程进行模拟。通过对流场、温度场的仿真,反映液态铝合金充型全过程,预测铝合金压铸件缺陷可能出现的位置,从而使模具设计过程得到优化,铝合金压铸件整体质量得到提高。

    2温度场计算的数学模型

    2.1温度场控制方程

    压铸过程的温度场为三维不稳态温度场,其控制方程可描述为:

    式中:T、t—温度、时间;x、y、z—空间坐标方向;Q、c、K—合金的密度、比热容和热导率;L—合金潜热。

    该方程右边第1项是热流过程中由流入微元和流出微元差造成的热量堆积(增量),第2项仅在发生相变时有效,其含义是凝固相变释放的潜热,两者之和引起微元温度的变化。方程左边是相应于这个温度变化的热量,其来源是方程右边两项之和。

    由于在整个充型过程中所用的时间非常少,一般在几十毫秒,温度场的模拟计算假设成液态合金瞬间充满型腔。

    2.2初始条件和边界条件

    假定模具初始温度已知,模型边界条件可以近似看作压铸件)涂料)压铸模具接口完全接触,边界条件表示为:

    式中:h—界面传热系数,J/e。

    由于铸件与压铸模之间的传热系数h只是在充型和凝固时变化较大,而充型后涂料层的热阻为常数,这是由于在高压作用下,涂料层的热阻只随涂料层的厚度变化,则此时:

h=k/yW

    式中:yW—等价于涂料层厚度, mm;k)))传热系数与涂料层厚度之间的转换系数。

    3模拟过程与结果分析

    3.1工艺造型过程和网格划分

    图1为照相机铝合金外壳压铸件实物相片。采用Pro/ E软件对其进行实体造型,然后以标准接口*.igs和*.stl格式输出,将输出结果导入ProCAST中的MeshCAST模块进行网格划分,所得三维网格如图2所示。

    压铸件材料采用ADC10,浇注温度设定为650e,冲头直径<54mm,冲头速度为25m/s。计算时铸件的网格单元为125 935,铸件和模具的物理性能如表1所示。

    3.2凝固过程温度场仿真结果