基于輻射傳熱原理,建立液固擠壓復合材料過程模具傳熱的非穩(wěn)態(tài)有限元模型,采用有限元分析與實驗研究相結(jié)合的方法研究模具初始溫度場和液固擠壓過程模具溫度場的傳熱特性,得到了模具溫度場的變化趨勢及其對成形過程的影響規(guī)律,并對比研究了考慮模具預(yù)熱和初始模具溫度場恒定的數(shù)值模擬情況。結(jié)果表明,考慮預(yù)熱情況的模擬結(jié)果更加接近實際,且模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好。
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液固擠壓復合材料工藝是近年來開發(fā)的一種復合材料近凈成形新工藝,在民用、建筑、國防等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景嘲。其實質(zhì)是利用金屬液一固態(tài)期間變形抗力低、容易流動的特點對其進行大塑性變形,使之由液態(tài)金屬一次復合、成形出復合材料管、棒、型材類制件。由于在成形過程中,材料的塑性變形與結(jié)晶凝固同時進行,需要保證液固擠壓速度與凝固速度匹配協(xié)調(diào),使工藝過程參數(shù)的控制比較困難。而擠壓過程的模具溫度場,尤其是模具的初始溫度場,是影響液態(tài)金屬凝固速度的關(guān)鍵因素之一,對于保證復合材料成形過程順利進行和制件成形質(zhì)量有著不容忽視的作用。目前,對于液固擠壓復合材料工藝成形過程溫度場的研究已有報道,而有關(guān)模具溫度場的研究還較少。在已有的研究中,利用有限元法模擬成形過程溫度場和傳熱特性時,通常是將模具的初始溫度簡化為一個定值,但由于模具在加熱過程中的邊界條件和接觸條件各異,其內(nèi)部溫度并非處處相等,會與實際情況有所差異,從而影響模擬精度。
本文基于輻射傳熱原理建立了考慮模具預(yù)熱情況的有限元分析模型,結(jié)合試驗研究,利用MARC軟件對液固擠壓復合材料工藝過程的模具溫度場(含預(yù)熱情況)進行了有限元分析,得到了更為切合實際情況的模擬結(jié)果,為合理擬定液固擠壓復合材料工藝參數(shù)提供了理論依據(jù)。
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