基于ANSYS的T型铸钢件铸造温度场的数值模拟

材料均匀，对称面的温度分布均匀，且铸型内表面与铸件表面温度相同，传热过程取决于热物理性质。故铸件与砂型、砂型与空气间的热交换为对流换热。

1.4 热物性参数处理

查阅相关文献得铸到钢件和砂型的热物性参数。

2 温度场模拟过程分析

2.1 设定初始条件、创建几何模型和网格划分

在t=0时刻，铸件的温度为1550℃，铸型的温度为25℃，空气的温度为25℃，铸型与空气对流换热系数为65W/（m·℃）。根据模型实体建立模型，为了更准确地模拟铸件内部温度的分布，铸件和模具采用智能网格器划分网格，划分后的模型共包括234个单元，271个节点。

2.2 加载和求解

根据按上述设定压铸件凝固过程的初始条件和边界条件，施加温度载荷。选定分析类型为Transient瞬态分析类型，先进行时间步长0.01s的稳态分析，得到的温度场作为整个瞬态分析过程的初始温度，打开自动时间步长，计算终止时间为14400 s，时间步长100 s。

3 数值模拟结果与讨论

采用等值温度彩云图法描述铸件以及各点的温度场和温度梯度。分析不同时间段铸件及其模具各点温度的分布，得出缩孔、气孔等缺陷在凝固时易产生的部位，借助温度场的数值模拟技术，研究金属液体凝固过程的机制及其凝固规律。

由图2可知，浇铸初期，温度扩散不明显，其中芯部温度最高，砂型温度基本不变化；随着凝固时间的推移，铸件内部到金属型之间形成了明显的呈梯度分布的温度场，且铸件表面温度下降先于铸件的心部，这是由于铸件表面与砂型接触导致表面温度下降快，而心部由于热传导速度慢所以温度下降慢。

4 研究整个凝固过程中不同位置温度变化情况

比较铸件F、D、G三点可知，前3000秒内F点温降缓慢，D、G点温降快于F，G点温降快于D点，之后它们的温度下降曲线近似相同。因为F点在对称面的热传导较缓慢，而G点与砂型直接进行热传导，D点位于铸件内部，故较于G点慢；比较砂型内A，B，C，E四点可知，前3000秒内A点迅速升温，远快于E，C两点，之后温度下降，E点温度总高于C点。因为A点在T型件拐角，与铸件接触，故温度上升快，E，C两点都在砂型表面，但E点距离铸件较近，故整个过程中温度比C高；从图4中可看出各点温度分布较复杂，铸件内部各点温度分布趋势相似， 砂型表面各点温度分布趋势相似，整体温度随着时间延长而逐渐降低，这与客观事实相符。

5 结语

通过对T型铸件凝固温度场的数值模拟， 得出铸件及砂型的温度变化情况， 与铸件直接接触的砂型部分温度上升最快， 温度梯度变化也最大。依据仿真模拟结果和温度分布图的分析，不难得出铸造缺陷的位置，从而为优化工艺参数提供理论依据。

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