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铝合金复杂箱体熔模铸造数值模拟研究
摘要：
本文通过建立铝合金复杂箱体的熔模铸造模型，采用数值模拟方法对其进行分析研究。首先根据实际工艺条件建立箱体模型，并对其进行网格划分和材料参数设置；其次，通过计算箱体的温度场和物流场，对其熔模铸造过程进行仿真分析；最后，对仿真结果进行了验证，并对比了仿真结果与实际生产结果，探讨了本文模拟方法的优势和不足点。研究表明，通过数值模拟方法可以准确的预测铝合金复杂箱体的熔模铸造过程，并且能够优化生产工艺，提高生产效率。但是，由于模拟模型的不准确和实际生产条件的复杂性等问题，还需要进一步的研究。
关键词：铝合金复杂箱体；熔模铸造；数值模拟；优化；生产工艺
Abstract:
Inthispaper,anumericalsimulationmethodwasusedtoanalyzeandstudythemelodicastingofaluminumalloycomplexbox.Firstly,acomplexboxmodelwasestablishedaccordingtotheactualprocessconditions,andgriddivisionandmaterialparametersettingswerecarriedout.Then,thetemperaturefieldandfluidfieldoftheboxwerecalculated,andthenumericalsimulationofthemelodicastingprocesswascarriedout.Finally,thesimulationresultswereverifiedandcomparedwiththeactualproductionresults,andtheadvantagesanddisadvantagesofthesimulationmethodinthispaperwerediscussed.Thestudyshowedthatthenumericalsimulationmethodcanaccuratelypredictthemelodicastingprocessofaluminumalloycomplexboxes,andoptimizetheproductionprocesstoimproveproductionefficiency.However,duetoproblemssuchasinaccuratesimulationmodelsandthecomplexityofactualproductionconditions,furtherresearchisstillneeded.
Keywords:aluminumalloycomplexbox;melodicasting;numericalsimulation;optimization;productionprocess
1.引言
铝合金复杂箱体是工业生产中常用的一种零件，具有复杂的结构和工艺要求。在生产过程中，如何提高生产效率、降低成本，成为了业内人士十分关心的问题。为了达到这个目标，选择一种科学的分析方法成了必然的选择,数值模拟是工程研究中经常使用的一种分析方法，它可以有效地预测实物的某些特性和性能，用于分析和研究铝合金复杂箱体熔模铸造过程，自然十分适合。因此，本文旨在研究铝合金复杂箱体熔模铸造数值模拟方法，探讨其优势和不足，为实际生产提供科学的引导意义。
2.熔模铸造箱体模型的建立
2.1模型准备
本文研究的箱体模型如图1所示，其材料为铝合金，其具体规格为长200mm，宽150mm，高100mm，重约1000g。根据该模型的实际生产过程，将模型分为两个区域——熔模区和铸模区，如图2所示。
2.2网格剖分及其参数设置
箱体模型的网格剖分采用了有限元方法。由于该模型的结构比较复杂，整个网格由熔模区和铸模区组成，需要将其中的空腔部分单独设置网格，以确保仿真结果的准确性。网格划分方案如下：
①在模型底部固定一块临时铸造框板，放置一根在中间处的金属蜡，旋转框板使铸造框板上的金属蜡绕底部旋转一周后停止。
②从径向ALE破裂的实体边界开始，将单元网格向外发散生成。
③分别向X，Y，Z向构造固定边界点。
④在仿真的模拟选择ALS算法作为空腔部分自适应网格的方法，保证准确性和耗时的平衡。
其参数设置如下：
①选用Tet4网格；
②采用稳态分析；
③设置网格密度为2mm；
④设置材料参数为：熔融铝合金密度为2700kg/m3，热传导系数为220W/(m·K)，比热容为900J/(kg·K)。
3.箱体熔模铸造数值模拟分析
3.1熔模过程模拟分析
箱体熔模过程的仿真分析，是在熔融铝合金温度场的动态变化下进行的。在熔模区域，铝合金从固态熔化为液态