[发明专利]一种金属型差压铸造固液界面换热系数的测定方法及装置

说明书

本发明公开了一种金属型差压铸造固液界面换热系数的测定方法及装置，所述测定方法是通过在金属固体试样和金属熔融试样内分别放置测温元件，测温元件测得的数据通过温度信号采集单元输送至数据处理单元，由数据处理单元处理得到固液界面换热系数；其中，金属固体试样是沿其纵轴线方向自下而上均匀设有若干测温元件，金属熔融试样是在其底端部位设有测温元件；并且，固液界面换热系数的测定包括不同气压下固液界面换热系数的测定和不同温度下固液界面换热系数的测定。本发明可以测定出不同气体压力、不同温度下的固液界面换热系数，可有效提高金属型差压铸造工艺模拟结果的准确性，为实际金属型差压铸造施工提供指导。

技术领域

本发明是涉及一种界面换热系数的测定方法及装置，具体涉及一种金属型差压铸造固液界面换热系数的测定方法及装置。

背景技术

随着汽车行业的迅速发展，对汽车的轻量化也提出了极高的要求，目前高性能铝合金在汽车零部件中的应用愈加广泛。

差压铸造又称反压铸造，是一种在压力下充型和凝固结晶的铸造工艺方法，兼有低压铸造和压力铸造的特点。目前金属型差压铸造是汽车零部件中复杂构件的主要成型工艺之一，具有批量大、工艺稳定性好的特点。

计算机仿真技术(又称计算机模拟技术)在金属型差压铸造工艺被广泛应用，其可以大幅缩短研发周期、提高产品合格率。在金属型差压铸造的仿真技术中，金属液和模具之间的界面换热系数是极其重要的关键参数，其准确程度严重影响模拟结果的准确性。

目前，虽然研究人员在界面换热系数的测定方面做了大量的研究工作，但是目前的界面换热系数测定主要考虑温度对界面换热系数的影响，对于金属型差压铸造而言，由于其在差压铸造充型和凝固过程中，凝固环境与传统铸造差异极大，气压变化较大，不仅温度对界面换热系数有所影响，气压对界面换热系数也有影响。因此，有必要开发出一种可测定不同气体压力、不同温度下的固液界面换热系数的测定方法及装置。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种金属型差压铸造固液界面换热系数的测定方法及装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属型差压铸造固液界面换热系数的测定方法，是通过在金属固体试样和金属熔融试样内分别放置测温元件，测温元件测得的数据通过温度信号采集单元输送至数据处理单元，由数据处理单元处理得到固液界面换热系数；其中，金属固体试样是沿其纵轴线方向自下而上均匀设有若干测温元件，金属熔融试样是在其底端部位设有测温元件；并且，固液界面换热系数的测定包括不同气压下固液界面换热系数的测定和不同温度下固液界面换热系数的测定；

不同气压下固液界面换热系数的测定包括如下操作：在金属熔融试样的底端温度恒定下，调整模拟箱内的气压至不同的恒定值，并通过测温元件和温度信号采集单元获取对应气压下的金属熔融试样和金属固体试样中不同测温点的温度数据，获取的数据传递给数据处理单元，数据处理单元根据计算出不同气压下固液界面换热系数；

不同温度下固液界面换热系数的测定包括如下操作：在模拟箱内的气压恒定下，调整金属熔融试样的底端温度至不同的恒定值，并通过测温元件和温度信号采集单元获取对应温度下金属熔融试样和金属固体试样中不同测温点的温度数据，获取的数据传递给数据处理单元，数据处理单元根据计算出不同温度下固液界面换热系数；

其中，固液界面换热系数的计算步骤如下：

a)根据测温元件和温度信号采集单元获取的金属固体试样中不同测温点的温度数据来计算界面的热流，热流公式为：

公式(1)中，A_α为金属固体试样的截面积；λ为金属固体试样的导热系数；ΔL为金属固体试样中相邻两个测温元件之间的距离；ΔT为ΔL上两个测温元件的温差；