壓鑄模具是現(xiàn)代制造業(yè)的重要工藝裝備。在生產(chǎn)中，其溫度場及熱應(yīng)力場為非穩(wěn)定狀態(tài)，即隨時間變化，各性能參數(shù)均發(fā)生改變。生產(chǎn)實踐證明，壓鑄模具設(shè)計、制造完成之后，即使發(fā)現(xiàn)錯誤。也難以進(jìn)行較大的修改。所以在模具設(shè)計之前就采用數(shù)值模擬技術(shù)。預(yù)測各部位的溫度場和熱應(yīng)力場分布及其變化規(guī)律。對于優(yōu)化壓鑄模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高鑄件質(zhì)量，延長模具使用壽命，降低成本，加快產(chǎn)品的升級換代，均具有重要意義。計算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用，為控制壓鑄模具溫度場及熱應(yīng)力場提供了有效的途徑。

　　壓鑄模具有限元分析所涉及的實際鑄件。其形狀都非常復(fù)雜，以致數(shù)值模擬的前處理階段，即實體造型和網(wǎng)格剖分往往花費大量時間.影響了計算的精度和效率。因此，迅速而準(zhǔn)確地進(jìn)行實體造型及單元剖分。并使單元剖分與模具和鑄件結(jié)構(gòu)形狀和數(shù)學(xué)模型相協(xié)調(diào)。對提高模擬分析結(jié)果的真實性和實用性有著重要的意義。

　　ANSYS軟件是美國ANSYS公司開發(fā)的大型通用有限元分析程序，其分析功能強(qiáng)大。并能有效的求解溫度場、散熱場以及多場耦合問題;但其實體建模功能有限，只能處理一些相對簡單的模型，難以勝任形狀復(fù)雜的鑄件造型。Pro/E是美國PTC公司開發(fā)的專業(yè)CAD軟件，是一個基于特征的實體造型系統(tǒng)。其主要功能在于能進(jìn)行便捷的參數(shù)化設(shè)計。通過Pro/E可以快速方便的建立形狀復(fù)雜的模型。雖然它帶有CAE模塊，但相比專業(yè)的CAE軟件還略有不足。因此可行的解決方案是結(jié)合兩者的優(yōu)勢，在Pro/E中建模，獲得盡量逼近真實鑄件形狀的模型。然后導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行模擬分析。這樣，就可利用壓鑄模具的溫度場仿真來解決實際的工程問題。

　　1ANSYS與Pro/E的集成

　　為將ANSYS直接集成在Pro/E中，使Pro/E生成的模型能完整的導(dǎo)入到ANSYS中。需將ANSYS與Pro/E的接口進(jìn)行如下的設(shè)置：

　　(1)在同臺計算機(jī)的同一操作系統(tǒng)下安裝有Pro/E和ANSYS兩種軟件;

　　(2)保證上述兩種軟件的版本兼容，Pro/E的版本不得高于同期的ANSYS的版本;

　　(3)ANSYS10.0必須和Pro/Ewildfire2.0相連;

　　(4)操作路徑為：開始→程序→ANSYS→ANSADSNUtility→Configurationoptions→ConfigurationConnectionforPro/E。單擊OK→選擇ANSYSProduct→Workspace;選擇Graphicsdevicename(NT：Win32)給Languageusedwith;選擇Pro/Engineerinstallationpath，選擇megabytes(128)OK;Pro/Engineer：usascii，單擊OK完成連接。

　　(5)運行Pro/Engineer并配置config.pro;

　　(6)打開Pro/E，菜單欄就會出現(xiàn)：“ANSYS10.0”選項，ANSYSConconfmg和“ANSYSCeom”表明ANSYS已經(jīng)集成在Pro/E之中。

　　(7)創(chuàng)建一個新零件后，通過執(zhí)行Pro/E中part菜單下的“ANSYSCeom”，就開始傳輸;或者是在ANSYS執(zhí)行FileImportPro/E導(dǎo)人文件。

　　將ANSYS直接集成在Pro/E之中，整個轉(zhuǎn)換過程可以在不脫離Pro/E和ANSYS這兩個軟件的情況下進(jìn)行，從而實現(xiàn)了Pro/E和ANSYS無縫連接。這種連接方式導(dǎo)人的模型不會發(fā)生變形和線面的丟失，分析計算的精度高。

　　2基于集成平臺下的壓鑄模具溫度場的有限元分析

　　一用于鑄造工字形梁的壓鑄模具。其實體造型如圖1所示，模具總跨度為0.5m。已知鋼水充型前。型腔初始溫度為25℃，其周圍空氣溫度為25℃。模具材料與鋼的性能參數(shù)如表1、2所示，空氣對流系數(shù)為65W/(m2·℃)。用ANSYS模擬模具與鑄件的溫度場分布。

　　圖1鑄造工字形梁的模具外觀圖

　　2.1進(jìn)行有限元分析的前處理

　　(1)用Pro/E的造型功能模塊完成鑄造工字形梁的模具的三維造型。為了便于集成環(huán)境下的ANSYS進(jìn)行單位的處理，在Pro/E中制作的鑄造工字形梁的模具模型統(tǒng)一使用國際單位制。

　　(2)模型的導(dǎo)入，在Pro/E中直接啟動ANSYS。Pro/E完成建模以后，直接單擊主菜單的“ANSYS10.0”、“ANSYSCeom”。系統(tǒng)會自動打開ANSYS，使用“plot”菜單中的“Volumes”選項，就可以將實體模型顯示出來(見圖2)。

　　(3)網(wǎng)格劃分(建立有限元模型)。網(wǎng)格劃分是建模中非常重要的一個環(huán)節(jié)，網(wǎng)格劃分的好壞將直接影響到計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計算進(jìn)度，甚至?xí)驗榫W(wǎng)格劃分的不合理而導(dǎo)致計算不收斂。圖3為劃分網(wǎng)格后的模型。

　　(4)設(shè)置材料屬性。在材料屬性對話框中，按照表1、2設(shè)置模具材料和鋼的性能參數(shù)。

　　2.2有限元分析的求解處理

　　(1)添加約束載荷。施加對流邊界條件為65W/(m2·℃)，周圍空氣溫度為25℃到加在模具內(nèi)表面受對流沖擊的邊界上.將初始溫度為25℃施加給鑄造工字形梁的模具。

　　(2)求解。先作穩(wěn)態(tài)分析，確定初始條件，然后進(jìn)行瞬態(tài)分析。將時間步長設(shè)置完畢以后就可以由計算機(jī)自動完成。

　　2.3有限元的后處理與結(jié)果顯示

　　后處理是指檢查并分析求解結(jié)果的相關(guān)操作。這也是分析中最重要的環(huán)節(jié)之一，因為任何分析的最終目的都是為了研究鑄造工字形梁模具的溫度分布及其受熱變形情況。ANSYS提供了多種顯示結(jié)果的方式，如圖形顯示、等值線圖、軌跡線圖、列表顯示等。其中圖形顯示是一種非常直觀有效的結(jié)果顯示方式，并且可以根據(jù)不同的分析目的顯示不同的分析結(jié)果。模擬分析結(jié)果如圖4～7所示。

　　圖4初始溫度場分布圖530s溫度場分布

　　圖6鑄件中心點溫度隨時問變化曲線

　　圖7模具頂部中心點溫度隨時間變化曲線

　　3總結(jié)

　　(1)建立了兩個具有代表性的CAE和CAD軟件的集成，可應(yīng)用ANSYS軟件根據(jù)不同的生產(chǎn)條件要求，改變不同的參數(shù)，并重新執(zhí)行命令流，就可以得出在不同生產(chǎn)條件(包括澆注溫度，模具材料物性和鑄造合金熱物理性能參數(shù)等)下的壓鑄模溫度場數(shù)值模擬，其結(jié)果為下一步的鑄件熱應(yīng)力一應(yīng)變場的數(shù)值模擬提供了信息。

　　(2)若模擬結(jié)果不能滿足要求。可以返回Pro/E中進(jìn)行反復(fù)修改，直至完成對模具的優(yōu)化設(shè)計。

　　(3)這種數(shù)值模擬方法節(jié)省了大量時間，對鑄件成型工藝和模具設(shè)計都具有重要意義。可以在工程實際中加以推廣應(yīng)用。