压铸压室内部界面传热反算模型的建立和应用<sup>*</sup>

doi:10.11900/0412.1961.2014.00604

金属学报

2015, Vol. 51

Issue (6): 745-752 DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00604

论文

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压铸压室内部界面传热反算模型的建立和应用^*

曹永友,熊守美,郭志鹏(

)

清华大学材料学院, 北京 100084

DEVELOPMENT OF AN INVERSE HEAT TRANSFER MODEL BETWEEN MELT AND SHOT SLEEVE AND ITS APPLICATION IN HIGH PRESSURE DIE CASTING PROCESS

Yongyou CAO,Shoumei XIONG,Zhipeng GUO(

)

School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084

引用本文:

曹永友, 熊守美, 郭志鹏. 压铸压室内部界面传热反算模型的建立和应用^*[J]. 金属学报, 2015, 51(6): 745-752.
Yongyou CAO, Shoumei XIONG, Zhipeng GUO. DEVELOPMENT OF AN INVERSE HEAT TRANSFER MODEL BETWEEN MELT AND SHOT SLEEVE AND ITS APPLICATION IN HIGH PRESSURE DIE CASTING PROCESS[J]. Acta Metall Sin, 2015, 51(6): 745-752.

全文: PDF(3914 KB) HTML

摘要:

基于热传导反算法, 建立了液态金属与压室之间传热的二维反算数学模型, 设计了压室内部测温模块并进行了针对Al-9%Si-3%Cu合金的静态无压射和常规压铸实验. 基于实验中测得的压室内部不同位置的温度, 求解得到了液态金属在压室中的温度场及其不同位置的界面换热系数, 为预测压室预结晶提供可靠依据. 结果表明, 静态无压射条件与常规压铸条件下液态金属与压室界面换热情况差异很大, 同时压室中间界面换热系数均随液态金属流动方向依次降低, 压室壁温度也存在两端高中间低的分布. 在常规压铸条件下, 由于冲头运动的影响, 压室末端换热系数存在双峰现象.

关键词 ：压铸, 压室, 界面换热系数, 反算

Abstract：

A 2D inverse heat transfer model between molten metal and shot sleeve was based on the nonlinear estimation method. Die casting experiments under both non-shot and shot conditions (via the plunger) were performed using an Al-9%Si-3%Cu alloy. Based on the temperature measurements from thermocouples embedded inside the shot sleeve, the temperature distribution of molten metal and interfacial heat transfer coefficient (IHTC) were successfully determined. Results show that the heat transfer behavior of non-shot condition was different from that in the shot condition, but the IHTC in the middle zone of shot sleeve decreased along the plunger moving direction. Besides, the surface temperature of shot sleeve was higher in both pouring zone and end zone while lower in the middle zone. In accordance to the movement of the plunger, the IHTC profile in the end zone exhibited double peaks.

Key words： high pressure die casting shot sleeve interfacial heat transfer coefficient inverse method

基金资助:^*国家自然科学基金项目51275269和51205229以及国家科技重大专项项目2012ZX04012011资助

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图1 压室几何形状和边界条件

图2 压室测温方案示意图

表1 相关材料的热物性参数

图3 静态无压射条件下8个连续浇注循环中压室S2, S5和S10位置距离界面1 mm处的测量温度

图4 静态无压射条件下第8个循环浇注得到的金属料棒形貌

图5 静态无压射条件下压室中间S5位置第8个循环的反算结果

图6 静态无压射条件下连续8个循环下料棒凝固18 s后的温度场分布

图7 静态无压射条件下第8个循环下压室不同位置的界面换热系数

图8 常规压铸条件下压室内熔体二维温度场分布

图9 常规压铸条件下第7个压铸循环压室不同位置的界面换热系数

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