1 热物性参数测试
由于热成型工艺仿真需要的物性参数必须在高温、热辐射、热流动、化学变化等复杂苛刻条件下测试获得,而测试精度又受制于测试仪器精度、测试方法和数据处理等因素的影响。热成型仿真首先需要攻克高温环境的测试难关,以保证仿真初始条件的一致性;其次,缺陷等情景复现验证是热成型仿真的关键环节,这是仿真技术工程应用的一把尺子,更是后期优化的基础。
材料热成形工艺仿真分析中,材料参数、加载工艺参数和边界条件与实际的符合程度,在很大程度上影响仿真的准确性。目前,有些仿真所选用的材料间的界面换热系数为一固定值,精度较低,而实际上界面换热系数通常是随温度或时间变化的一个值,即为一曲线函数。同时,随着新增合金材料及铸型材料的增加,界面的换热条件因材料的不同而变化,因此要提高铸造工艺仿真分析上的准确度,就要求测定新增材料间界面换热参数。图5是精确铸造工艺仿真技术流程。
1.1 材料模型
根据铸锻件生产工厂的现场情况,对铸锻件生产的主、辅原材料,测定其热导率、比热、密度、热扩散率等热物性参数。
图5 精确铸造工艺仿真技术流程
1.2 界面模型和边界条件
为了使仿真软件的分析适应铸锻件的实际生产现场情况,对引进的铸锻工艺仿真软件进行开发研究,研究铸型界面换热系数的测定方法,设计模拟件开展温度场测定,并经过理论建模和反求计算方法,从根本上提高铸造仿真的模拟精度。
边界条件是在求解区域的边界上所求解的变量或其导数随地点和时间的变化规律。通过热电偶等传感器检测计算获得准确的冒口和大气、铸件和铸型(或砂芯和冷铁)、锻件与模具、铸型和大气、冷铁和砂型(或砂芯)、铸型和地面等边界条件参数,建立适用于铸锻件的成形工艺仿真数据库。并成功应用于柴油机关键件的仿真分析。图6是热电偶放置图,图7是现场测温验证。
图6 热电偶放置及铸造工艺截图
图7 现场测温验证
测温点曲线对比如下:
图8 热电偶测温曲线
图8是热电偶1、4、6测温曲线图。从试验数据得出结论:测试的3个位置点从浇注到冷却的温度曲线,最大偏差±10℃。可见,铸造工艺仿真精度得到了保障。