鋁合金壓鑄模的主要失效形式為熱疲勞。鋁合金的熔化溫度為600～760℃，其壓鑄模型腔表面溫度高達600℃以上，熱疲勞失效約占70%。熱疲勞主要是由于在壓鑄循環中，熱應力大于熱疲勞強度極限。而熱應力又是由壓鑄模溫度波動導致的。所以摸清鋁合金壓鑄循環過程中壓鑄模溫度的演化規律以及熱平衡的形成就變得越來越重要。趙信毅、Hsieh、李朝霞、張光明等人分別研究了冷卻工藝、冷卻水溫及冷卻管徑、模具預熱溫度、澆注溫度等因素對鎂合金及鋁合金鑄件和模具溫度場的影響。但是模具材料對熱平衡影響的未見報道，而模具材料對鋁合金壓鑄模溫度、熱平衡以及使用壽命有非常重要的影響。

　　本文采用PRO/E和PROCAST軟件，以前蓋鋁合金壓鑄件為例，通過對其壓鑄循環過程中溫度場的模擬，研究壓鑄模的熱平衡的形成，模具材料對距模具型腔表面不同位置點的溫度曲線的影響，分析模具材料對熱平衡形成規律的影響，為選定合理的模具材料提供指導。

　　1模型的建立及參數設置

　　1.1模型的建立

　　圖1為前蓋鋁合金零件圖，其材質為A390鋁合金。圖2為定動模部分簡化模型。

　　1.2參數設置

　　動定模的預熱溫度為200℃，澆注溫度為700℃，鑄件與模具的換熱系數為1500W/(m2·C)，模具間的換熱系數為1000W/(m2·C)，模具與空氣的換熱系數為5W/(m2·C)，模具與脫模劑的換熱系數為500W/(m2·C)。由于金屬液瞬間充滿型腔，與此同時本模擬重點考慮是模具，故不考慮充型過程。循環周期為30s，第0s開始充型，第15s開模，第20s推出壓鑄件，第23s噴脫模劑，第25s噴涂結束，第29s合模。

　　1．3物性參數

　　模具材料采用性能差別大的H13、陶瓷和純銅。影響模具溫度的主要因素為模具材料的熱導率和比熱容。圖3為模具材料的熱導率。

　　2模擬結果及分析

　　選取動模中間截面上的5個節點為分析對象。圖4為截面位置及節點位置圖。節點1～5分別代表圖4(b)中從上到下的5個點。節點1在型腔表面，節點5離型腔表面距離最遠。

　　圖5為壓鑄模從預熱溫度To到穩態的升溫示意圖。壓鑄模從第1個壓鑄循環前的平均的預熱溫度To增加到穩態的溫度Tmin。從圖5可以得到，任意一個壓鑄循環開始時模具上某點的溫度(Ti)，在達到穩態前可以表示為模具預熱溫度與該壓鑄循環前經歷的每一個壓鑄循環的溫度增量(δT)之和：

　　T i=δT i 1+δT i 2+δT i 3+……+T 0=T 0+ΔT(1)

　　壓鑄模內各點溫度的變化通過連續的壓鑄模擬來實現，每一次工作循環都是冷卻、開模、噴脫模劑、合模幾個階段構成。將上述溫度場的模擬過程繼續下去，達到熱平衡時T max和T min保持為常數，每次壓鑄循環溫度增量(δT)為零。

　　圖6為H13、銅和陶瓷模具材料連續壓鑄時5節點溫度變化曲線。從圖6中可以看出，模具溫度從預熱溫度200℃經過大約50個壓鑄循環，壓鑄模具溫度變化趨于穩定，壓鑄模進入熱平衡狀態。在這個熱平衡形成過程中，隨著循環的進行，模具表面的5個節點的溫度每循環一次整體溫度提高δT不盡完全相同，開始壓鑄循環時δT值最大，隨著壓鑄次數增加，δT越來越小，當達到熱平衡后δT為零。距型腔表面最近的節點1每次循環的溫度波動(T max T min)最大。離型腔表面越遠的節點溫度波動越小。圖6(a)中5個節點的溫度波動差別不大，最重要原因是銅的導熱系數很大，導致溫度從型腔表面向基體或從基體向表面傳遞很快，所以溫度波動厚度比較大。圖6(b)中陶瓷模具材料的5個點只有節點1有溫度波動，其它4個節點在每個循環基本沒有溫度波動。這主要是由于陶瓷的熱導率很低，每次壓鑄循環溫度變化深入的模具厚度很薄。圖6(c)的H13模具材料的1～4節點溫度都有波動，只有節點5沒有波動。這是由于H13的熱導率介于銅和陶瓷之間。

　　圖7(a)為三種模具材料節點1的溫度變化曲線。熱平衡后節點1的T max陶瓷材料為582℃，H13為529℃，銅為506℃。這說明導熱系數越小，型腔表面點最大溫度越高。節點1的波動幅度(T max－T min)陶瓷材料為142℃，H13為64℃，銅為43℃。型腔表面點的溫度波動幅度陶瓷材料最大，H13次之，銅最小。這說明型腔表面在吸熱和散熱時，導熱系數越小熱量從型腔表面向模具基體或從基體向表面擴散越困難，表面點溫度波動幅度也就越大。圖7(b)為三種模具材料節點2的溫度變化曲線。節點2在型腔內部，離型腔表面一定距離。三種模具材料的型腔次表面的溫度波動幅度比型腔表面的溫度波動幅度小。這是由于次表面不和高溫鋁以及低溫的脫模劑直接接觸。其吸熱和散熱都要通過該點到型腔表面之間的模具材料的熱傳導來完成。所以其對溫度的敏感性比型腔表面弱。在次表面點2銅的波動幅度最大，H13次之，陶瓷材料最小。這是由各種材料導熱系數所決定的。

　　3結論

　　(1)利用PRO/E和PROCAST建立了前蓋鋁合金壓鑄的三維有限元模型。

　　(2)分析了距型腔表面不同距離的5個節點的溫度變化曲線。指出50次壓鑄循環后模具進入熱平衡狀態。距型腔表面越近點的溫度波動幅度越大。

　　(3)分析了H13、銅和陶瓷模具材料對型腔表面點及次表面層溫度曲線的影響。導熱系數越大，型腔表面點的溫度波動幅度越小，型腔次表層溫度波動幅度越大。

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