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2005 年 UFC 中国用户论文集 模具任意初始温度场的实现方法探讨 谢志毅 万连茂 赵晓平 何铁宁 四川锐锋公司621900 1 2005 年 UFC 中国用户论文集 模具任意初始温度场的实现方法探讨 谢志毅 万连茂 赵晓平 何铁宁 （四川锐锋公司621900） Abstract：This paper describes three methods using ProCAST to model mold initial temperature field.Firstly, by using electromagnetic induction heat. Secondly, by setting up temperature boundary condition. Finally, by writing user subroutine . The simulation result is more accurate with electromagnetic induction heat method. There is no slightly difference in calculated results between boundary condition method and subroutine method, but the last method need less CPU time. 1 问题的提出 在某种具有较宽凝固温度区间的合金铸造过程中，为了保证铸件以顺序凝固方式凝固， 从而控制缩松的产生位置及其大小，需要将该种合金液浇注于具有一定温度梯度的模具内。 相关的实验也证明，模具的初始温度场分布对最终铸件的缩松缺陷有很大影响。因此在模拟 该种合金铸件的流场及温度场之前，需要得到较为准确的模具初始温度场。实验过程中，在 模具的不同位置设置了三个热电偶，因此仅从实测结果难以说明模具的整体温度分布，需要 根据模具加热的物理过程结合实测结果对模具的温度场分布进行模拟。 2 解决方案 结合以上问题，首先想到的是对模具加热物理过程（电磁感应加热）的模拟。在电磁感 应加热模拟过程中，由于模具材料性能的非线性和电源功率随时间不断变化等因素导致求解 过程中收敛性较差，需要较长的求解时间，但模拟结果较好的说明了电磁感应过程中的集肤 效应，并揭示了模具温度场的分布及变化规律。 由于影响后继流场及温度场模拟的是模具在开始浇注时刻的温度场分布状态，而与模具 如何达到这一状态的过程无关，因此对原来的电磁感应加热物理过程进行简化。根据热电偶 实测结果，在模具的顶端加上温度边界条件，对这一简单的传热过程进行模拟。所得结果也 较好的说明了模具的温度分布。通过对ProCAST 软件中施加初始条件方式的分析，又提出一 种更加高效的方案解决模具的初始温度场分布。根据模具温度场分布规律，对建立的有限元 模型节点温度值进行线性插值得到，并将其结果写到ProCAST 的输入文件prefixd.dat 中。 以下对三种方案的实施进行较详细的说明。 2.1 方案1-电磁感应加热 模拟电磁感应加热时，没有考虑模具附近的空气，对因此而造成部分漏磁现象忽略不计。 在I-DEAS 软件中完成几何建模，划分表面网格后以UNV 格式输出，在MeshCAST 模块完成体 网格划分。有限元模型的节点数为73466，单元数为363670。在PreCAST 中需要设置的参数 包括：模具材料和铜线圈的导热系数、比热、密度、电阻率和磁导率，交流电电压值及其频 率，模具与环境的换热系数以及相关的运行参数。有限元模型参见图1。 2 2005 年 UFC 中国用户论文集 图1 铸模与线圈的有限元模型 2.2 方案2-施加温度边界条件