[发明专利]一种基于有限元方法的含增材制造随形控温流道的模具温度场和应力场仿真方法

说明书

本发明提供一种基于有限元方法的含增材制造随形控温流道的模具温度场和应力场仿真方法，包括1)利用三维建模软件设计出模具内部控温流道模型，建立模具整体模型；2)将步骤1)建立的模具整体模型导入模拟分析软件中，设置材料参数，并划分网格；3)设置材料表面及内部控温流道的接触条件，模拟计算模具使用时模具整体温度分布，得到温度场数据；4)将步骤3)得到的温度场分布数据导入模拟分析软件中，并修改参数，模拟计算模具使用时模具整体应力分布，得到应力场数据；5)分析步骤3)得到的温度场数据和步骤4)得到的应力场数据，判断是否需要优化模具内部控温流道模型，从而便得到合格的包含控温流道的模具模型。

技术领域

本发明属于压铸模具技术领域，具体涉及一种基于有限元方法的含增材制造随形控温流道的模具温度场和应力场仿真方法。

背景技术

中国是制造业大国，在通往“制造业强国”的道路上，模具作为“工业之母”已经和正在发生重大的推动作用。日常生活中的电子产品，以及高速发展的汽车行业，60％～90％的零部件都要依靠模具成形。模具制造水平的高低，已经成为衡量国家产品制造水平的重要标志，在很大程度上决定了产品的质量和研发能力。进入21世纪以来，我国模具行业发展强劲，国内模具总产量仅次于美国，位居世界第2位，成为名副其实的模具大国。

模具在使用时，熔融的金属液进入模具内部，在重力作用下充满型腔，在成形过程中，型腔表面与熔融的金属液直接接触，瞬时温度可达600℃以上，并维持5～10秒，随后模具同金属液一起降温直至金属液凝固生成产品。模具在服役过程中会经历上万次的热循环过程，快速的冷热交替会使模具内部产生应力，应力持续累积导致模具产生疲劳裂纹，裂纹扩张使模具失效大大降低了模具的使用寿命。所以模具能提高寿命的核心问题在于生产过程中产品冷却速率和模具温度的控制。采用在模具内部加入控温流道的办法来提高金属液的冷却速度并同时降低模具表面的温度。传统的控温流道设计受加工方式的限制往往采用简单的点冷和直形控温流道，并不能有效降低模具表面温度，模具寿命提升不明显。而采用增材制造的手段可以实现复杂实体的直接成形，通过这种工艺可以在模具内部设置复杂的随形控温流道，实现模具表面的高效降温，大大提升模具的使用寿命。但因为随形控温流道的复杂，若模具控温流道设计不合理，则会在模具连续生产过程中存在以下问题：控温流道与模具表面的距离太近会导致模具在服役时受到冲击失效；控温流道与模具表面的距离太远会导致控温流道的冷却作用下降，模具长期服役寿命降低；控温流道内部如果存在设计缺陷会导致模具服役过程中控温流道率先破坏降低模具整体寿命。

综上所述，亟需一种新的思路来解决现有压铸模具内部控温流道开发技术所存在的不足问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有压铸模具内部控温流道开发技术所存在的不足之处，而提供了一种基于有限元方法的含增材制造随形控温流道的模具温度场和应力场仿真方法，即在冷、热循环使用时的温度场和应力场分析方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种基于有限元方法的含增材制造随形控温流道的模具温度场和应力场仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用三维建模软件设计出模具内部控温流道模型，建立模具整体模型；

2)将步骤1)建立的模具整体模型导入模拟分析软件Abaqus中，设置材料参数，并划分网格；

3)设置材料表面和内部控温流道的接触条件，模拟计算模具使用时整体温度分布，得到温度场数据；

4)将步骤3)得到的温度场数据导入模拟分析软件Load模块中，设置为模具的加载条件，并修改参数，将温度数据转移成应力模拟，模拟计算模具使用时模具整体应力分布，得到应力场数据；

5)分析步骤3)得到的温度场数据和步骤4)得到的应力场数据，观察模型是否出现温度超出材料许用温度范围和模型整体是否出现应力集中现象，判断是否需要优化模具内部控温流道模型；