大型锻件质量的好坏与钢锭的质量有密切关系,要获得优质钢锭,必须控制钢锭的凝固过程。本文采用大型通用有限元软件ANSYS对钢锭凝固过程进行了三维温度场及应力场的数值模拟。 本文通过适当的模拟计算假设,考虑了材料性能随温度变化的特性,建立了钢锭凝固过程瞬态温度场、热弹塑性应力场的数学模型,对13吨锻造钢锭和钢锭模在凝固过程中温度和应力场的分布变化进行了数值计算及分析。并据此和传统钢锭模设计经验,对原13吨钢锭模进行了增加锥度和减小高宽比的重新设计,同时对不同冒口比例的钢锭模进行了模拟计算。计算结果验证了在其他的设计参数不变的情况下,冒口比例的选取将会影响钢锭的质量。因此,在进行钢锭模设计时,应综合考虑钢锭的质量和成材率。 另外,本文对原钢锭模和减薄壁厚的钢锭模进行了对比模拟分析。增加锭模壁厚可提高钢锭的冷却凝固速度;当壁厚增加到一定程度之后,对凝固速度的影响就逐渐减弱,模壁上热应力随壁厚增加而增大。因此,模壁既不能过薄也不宜过厚。 对凝固过程的数值模拟是目前实验室的研究重点及必然趋势。本文运用数值模拟方法对钢锭和钢锭模的温度及应力变化进行计算分析,为钢锭模的优化设计提供了依据,对实际生产具有一定的参考价值。