模具钢换热系数测定试验

模具钢与空气（包括不同流速）、水（包括不同流速）、铝液（模具喷有涂料）的换热系数测定的试验方案采用ProCAST进行充型凝固模拟（软件已有），一个可靠的CAE充型凝固模拟所 需要的参数包括：A356铝合金流动、凝固参数，导热系数（材料库已有）；模 具钢导热系数，热膨胀系数（材料库已有）；模具钢与空气、水、铝液的换热系数 （材料库没有）。目前条件缺乏，虽然从文献上可以查到一部分,但可靠性不能保证。 因此有必要测定模具钢与空气（包括不同流速）、水（包括不同流速）、铝液（包括涂 覆不同涂层）的换热系数，使得CAE凝固模拟更符合实际情况。1. 试验原理一个无热源的物体通过表面吸收热量或者散失热量来改变其温度分布。如模具与 空气接触时，模具所携带热量通过模具表面散失掉，用公式表示为：E=K.S.A t.T,其中，E为热量，单位J； K为换热系数，单位W/（m2.C）； S为模具表面积， t为模具 表面与空气之间的温度差，T为时间。另外考虑到温度随时间改变，公式为：庄（/&） 即处（1），T0为室温，t0为模具散热经历的时间。依据上述公式，为了测定换热系数K,必须测定如下参数：时间，散热表面积，散 失的热量，而最关键是测定散失的热量E。本试验采用测定水吸收热量的办法测定E 值，即在模具钢冷却（风冷、水冷），以及升温（与铝液接触）一段时间后，投入水 中将剩余热量或吸收的热量散失掉，通过测量散失在水中的热量而间接测定模具风冷 水冷以及与铝液接触引起的热量变化，进而测定换热系数K。散失在水中热热量则根 据E =C .m.A t来测量，其中，E散失在水中的热量，C为水的比热容（值为4.2 水 水水水X103j/Kg.C）, m为水的质量， t为模具钢零件投入水中前后的水的温度差，这些 皆为可测量的参数。另外需注意的是，为了不使散失在水中的热量散失掉，需要盛水 的容器具有很好的绝热性。2. 试验步骤2.1 模具钢比热容的测定将模具钢零件置于可控温度加热炉内，调整炉温，加热30mi n，取出并迅速 测量零件温度，然后快速将零件投入用绝热容器盛贮的水中，密封静置，并用测 温仪跟踪水温的变化，直到读数达到最高值。最后根据E =C .m . t=C .m . 水 水 水模 模 t，（ t为零件入水前后温差），求出模具钢的比热容C。模2.2 模具钢与空气接触表面换热系数的测定将模具钢零件置于可控温度加热炉内，调整炉温，加热30mi n,取出并迅速 测量零件温度，再置于空气中自然冷却4min,记录冷却时间（精度1s）以及 跟踪零件表面温度随时间的变化。然后将零件投入用绝热容器盛贮的水中，密封 静置，并用测温仪跟踪水温的变化，直到读数达到最高值。根据E =C .m . t=C .m . t，（ t为零件入水前后温差）求出散失到水中的热量?E，水则空冷 时彳候空气带走的热量为：E -E，其中E为零件刚取出即投入水中所散失的热 总 水总量。最后根据E=K.S.A t.T求出模具钢与空气的换热系数。2.3 对不同的空气流速，模具钢与空气接触表面换热系数的测定将具有风冷槽模具钢零件置于可控温度加热炉内，调整炉温，加热 30min， 取出并迅速测量零件温度，再置于空气中，以一定流量的干燥风吹风冷槽 2min， 记录冷却时间（精度土 1s ）以及跟踪零件表面温度随时间的变化。然后将零件投 入用绝热容器盛贮的水中，密封静置，并用测温仪跟踪水温的变化，直到读数达 到最高值。最后根据与 2.2 中的原理计算出不同流量空气冷却时换热系数。2.4对不同的水流速，模具钢与水接触表面换热系数的测定将具有水流道的模具钢零件置于可控温度加热炉内，调整炉温，加热30min, 取出并迅速测量零件温度，再置于空气中，以一定流量的水通过水流道 1min， 记录冷却时间（精度土 1s ）以及跟踪零件表面温度随时间的变化。然后将零件投 入用绝热容器盛贮的水中，密封静置，并用测温仪跟踪水温的变化，直到读数达 到最高值。最后根据 2.2 中的原理计算出不同流量空气冷却时换热系数。2.5 带有涂料层的模具钢与不同温度下铝液换热系数的测定将模具钢零件表层喷涂涂料，置于可控温度加热炉内，调整炉温至400C （依 据模具的实际情况），加热30min,然后置于700C铝液中30s （精度精度1s）, 取出并迅速测量零件温度，然后快速将零件投入用绝热容器盛贮的水中，密封静 置，并用测温仪跟踪水温的变化，直到读数达到最高值。根据E =C .m . t=C .m . t，（ t为零件入水前后温差）求出散失到水中的热量E水，根据2.2中 的原理计算出在铝液700C时，喷涂涂料的模具表层与铝液之间的换热系数。依 次采用同样的方法，测定铝液650C，600时的模具与铝液之间的换热系数。3. 试验所需材料与设备绝热容器（保温效果良好的大容量的保温杯、保温缸等），测温仪（精 度土0.1C）,热电偶，模具钢零件（见图纸，可采用从报废模具取料加工）， 可测流速的吹风装置，可测流速的喷水装置，涂料，保温胶布（或者保温棉）， 温度可控熔炼炉， A356 铝合金，长嘴钳。