[科普中国]-界面换热

压铸过程简介

铝合金压铸过程计算机数值模拟技术对于边界条件有着很强的依赖关系，边界条件的稍作修改可能会导致计算结果产生本质的区别，从而直接影响了后续的分析和研究。尤其在以界面换热系数作为边界条件的数值模拟问题上，这种影响就更加明显。在实际的模拟计算过程中，很多的情况下，对于界面换热系数只是采用一个猜测值，这种近似在一些传热比较缓慢的铸造过程下带来的计算误差并不大，但是对于像压铸等这种界面热流和换热系数变化比较剧烈的铸造过程，这种近似带来的误差就很大，甚至会导致求解结果的严重失真。因此，获得精确的界面换热系数，对于实际的压铸过程模拟计算具有重要的应用价值和参考意义。

压铸实验举例文献1采用“阶梯”铸件,设计了压铸过程模具温度测量的实验方案并进行了压铸实验。以实验中测得的铸型内部不同位置的温度为基础，采用热传导反算法求解了压铸过程中铸件/铸型界面热流以及换热系数，分析了铸件的厚度对于界面热流以及换热系数的影响，结果表明:压铸过程铸件/铸型界面热流或是换热系数随着压射过程的进行迅速升高直至最大值，然后随着凝固过程的进行而减小。同时,铸件的不同厚度部位与铸型之间的界面热流和换热系数的变化规律也不同，随着铸件厚度的增大，铸件/铸型之间的界面热流和换热系数峰值均减小,但是界面热流和换热系数较大值保持的时间则逐渐增大。

文献2则综述了铸造过程中铸件/铸型界面换热行为的研究，重点对压铸过程进行阐述。介绍作者在压铸过程界面换热行为研究方面的工作进展。研究表明，压铸过程铸件-铸型界面换热系数是一个随着铸件厚度、工艺参数以及合金等因素变化的量，同时，换热系数与铸件凝固速率之间存在线形关系h=ηv+ω，其中，η、ω为与铸型初始温度、铸件厚度以及铸件、铸型热物性参数相关的参数。

边界条件的设置对铸造过程计算机模拟结果的精确性有很大影响。作为边界条件之一的界面换热系数设置非常重要，但这方面的数据相当缺乏，设置时通常设为常数。这与界面换热系数随时间和接触状况的复杂性不符。目前，国内外对铸件/铸型界面换热系数作了一些研究，主要集中在外界面，内界面换热研究很少。为了更好地研究铸件/铸型内界面的换热系数,文献3设计了一套可测量较高温度下界面换热系数的装置来研究铸件收缩包紧力对铸件/铸型内芯界面换热系数的影响规律，并重点研究了A356/H13钢在热力耦合下的界面换热系数随温度和接触载荷的变化规律，研究结果表明: 所测量的温度和载荷范围内，A356/H13钢界面换热系数随着温度和载荷的增加而呈增大趋势；界面温差的大小与换热系数成反比关系；随着界面载荷的增大，曲线出现了“拐点”，当界面载荷达到“拐点”时，界面换热系数对载荷的敏感性下降，曲线开始变得平缓。说明载荷与界面换热系数不是成简单的比例关系。