鑄造過程數(shù)值模擬及應(yīng)用實例

鑄造過程數(shù)值模擬及應(yīng)用實例演示文稿本文檔共49頁；當前第1頁；編輯于星期一\4點56分優(yōu)選鑄造過程數(shù)值模擬及應(yīng)用實例本文檔共49頁；當前第2頁；編輯于星期一\4點56分內(nèi)容簡要1.高力科公司概要2.關(guān)于鑄造CAE3.JSCAST的概要4.JSCAST的適用材質(zhì)及鑄造工藝5.實際案例解析本文檔共49頁；當前第3頁；編輯于星期一\4點56分高力科公司概要歷史1982年由小松公司全額出資設(shè)立（當時：小松軟件開發(fā)）1986年鑄造方案CAE系統(tǒng)[SOLIDIA(即現(xiàn)在：JSCAST銷售開始)]1992年公司更名為小松軟件株式會社2000年股東構(gòu)成變更，成為TISGROUP的一員（ITS80％、小松20％）2003年2月公司名變更為高力科株式會社（英文名：QUALICAInc）本文檔共49頁；當前第4頁；編輯于星期一\4點56分鑄造CAE運用背景鑄造領(lǐng)域面臨以下現(xiàn)狀：產(chǎn)業(yè)的全球化導(dǎo)致了鑄造產(chǎn)品競爭的日益激烈。即：低成本化，短生產(chǎn)周期化，高品質(zhì)化。擺脫[憑傳統(tǒng)經(jīng)驗和反復(fù)試作來解決鑄造缺陷問題]的舊方法。熟練技術(shù)工人的高齡化，年輕技術(shù)人員的制造業(yè)脫離等社會現(xiàn)象導(dǎo)致了鑄造技術(shù)傳授的日趨苦難。

由于上述原因，鑄造工藝設(shè)計員渴望簡單而又實用的鑄造模擬技術(shù)的出現(xiàn)。業(yè)務(wù)流程本文檔共49頁；當前第5頁；編輯于星期一\4點56分JSCAST的介紹

適用于各種鑄造工藝（重力鑄造、壓鑄、半固態(tài)鑄造、傾斜鑄造、低壓鑄造、精密鑄造等），對熔融金屬在鑄型內(nèi)的流動，充填，冷卻，凝固等過程進行數(shù)值模擬的計算機系統(tǒng)。

在計算機屏幕上可實現(xiàn)對鑄造工藝的科學評價，讓用戶在一下方面獲益：預(yù)測缺陷；節(jié)約能源；減少試生產(chǎn)的次數(shù)，降低模具的制作費用；便于鑄造工藝知識的積累，傳授等。本文檔共49頁；當前第6頁；編輯于星期一\4點56分JSCAST在鑄造行業(yè)中的應(yīng)用本文檔共49頁；當前第7頁；編輯于星期一\4點56分JSCAST系統(tǒng)各功能模塊本文檔共49頁；當前第8頁；編輯于星期一\4點56分JSCAST:按用戶的鑄造工藝分類本文檔共49頁；當前第9頁；編輯于星期一\4點56分JSCAST:按用戶類別分類本文檔共49頁；當前第10頁；編輯于星期一\4點56分JSCAST的概要三維CAD：STL實體模型的導(dǎo)入，重量計算，網(wǎng)格劃分等流動與凝固過程的模擬解析開發(fā)：I.E.Solutions,Multi-Flow計算結(jié)果的顯示功能工程管理模塊CADI/O前處理器主計算器后計算器－要在鑄造技術(shù)人員的日常工作中得到廣泛的應(yīng)用：能夠在短時間內(nèi)，容易地輸入及編輯任何復(fù)雜鑄件的三維立體形狀可獲得用戶需要的實用預(yù)測精度便于鑄造工藝設(shè)計人員使用的「用戶友好」系統(tǒng)導(dǎo)入成本低擁有能及時回答用戶疑難問題的體制擁有采納用戶要求，及時進行版本更新的體制。本文檔共49頁；當前第11頁；編輯于星期一\4點56分STL輸入界面的概要（筆記本電腦外殼）提供鑄件的STL模型本文檔共49頁；當前第12頁；編輯于星期一\4點56分JSCAST在壓力鑄造中的應(yīng)用－縮孔缺陷的預(yù)測－金屬型溫度控制設(shè)計－充型流動的可視化－考慮背壓流動解析－AL縮孔縮松缺陷預(yù)測－套筒內(nèi)的流動狀況－套筒的壽命預(yù)測（熱變形）本文檔共49頁；當前第13頁；編輯于星期一\4點56分各種鑄造缺陷及適用的判據(jù)本文檔共49頁；當前第14頁；編輯于星期一\4點56分金屬型溫度控制設(shè)計實例（1/2）舊方案（14條冷卻水管）使用脫模劑時的無脫模劑時溫度解析結(jié)果模具溫度解析結(jié)果根據(jù)溫度解析的結(jié)果、舊方案：

溫度過高→脫模劑附著性能下降→模具表面溫度必須降低70℃以上實際溫度測量結(jié)果本文檔共49頁；當前第15頁；編輯于星期一\4點56分金屬型溫度控制設(shè)計實例（2/2）新方案（14條冷卻水管）溫度解析結(jié)果實際鑄造溫度測量結(jié)果模具內(nèi)冷卻水管：14→23金屬型表面溫度成功地控制在規(guī)定范圍內(nèi)提高了脫模劑的附著性能資料提供：東芝機械本文檔共49頁；當前第16頁；編輯于星期一\4點56分規(guī)則－不規(guī)則混合網(wǎng)格解析提高薄壁鑄件、曲面形狀的解析精度在保持操作簡單以及解析精度的同時，減少對使用者負擔的一種手法。在前處理器中和正交網(wǎng)格分割有相同的操作性；在制品內(nèi)部仍以正交網(wǎng)格分割、僅在曲面部分以及薄壁部分以不規(guī)則網(wǎng)格分割；流動的數(shù)值解析方法，仍以直接差分法(DFDM)計算4面體網(wǎng)格5面體網(wǎng)格7面體網(wǎng)格本文檔共49頁；當前第17頁；編輯于星期一\4點56分Mg合金壓力鑄造（筆記本電腦殼體）本文檔共49頁；當前第18頁；編輯于星期一\4點56分筆記本電腦殼體充型動畫本文檔共49頁；當前第19頁；編輯于星期一\4點56分實際鑄件的驗證實例（1/2）本文檔共49頁；當前第20頁；編輯于星期一\4點56分實際鑄件的驗證實例（2/2）本文檔共49頁；當前第21頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的流動解析

考慮到型腔未充填部分的氣體壓力（背壓）以及排氣孔或出氣通道的排氣度，以實現(xiàn)接近于實際的流動模擬解析。

隨著金屬液的充填、鑄型內(nèi)未充滿部分的空氣被壓縮導(dǎo)致壓力上升，金屬液界面受到壓力的作用，此壓力被稱為背壓。

如果背壓很大，將會造成充填不良、氣體卷入等鑄造缺陷。防止此類鑄造缺陷的方法：增大鑄造壓力在鑄型上加孔道（排氣孔或出氣通道）本文檔共49頁；當前第22頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓和卷氣的充型解析伴隨著熔液的流入，型腔內(nèi)的壓力上升熔液排氣孔熔液流入氣體加壓氣體由排氣孔等處流出流出量少氣體壓力增加將熔液推回本文檔共49頁；當前第23頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的流動解析的特征1)考慮由排氣孔和出氣通道的氣體排出2)甚至考慮到微量氣體的卷入3)預(yù)測由于鑄造壓力不足產(chǎn)生的充填不良4)氣體向著砂型的逃逸（正在開發(fā)，release時期未定）本文檔共49頁；當前第24頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的流動解析中各事項的假定及定義1)型腔未充滿部分的氣體交匯形成GasGroup（氣體團）2)氣體為理想氣體，各GasGroup的氣體壓力、體積、密度、溫度相等3)氣體經(jīng)由排氣孔和出氣通道網(wǎng)格中定義的鑄件網(wǎng)格向外排氣4)排氣孔和出氣通道網(wǎng)格中定義的鑄件網(wǎng)格如果被熔液充滿，則不進行排氣的計算。本文檔共49頁；當前第25頁；編輯于星期一\4點56分5)GasGroup內(nèi)不包含排氣孔和出氣通道的話→氣體缺陷6)在氣體缺陷團內(nèi)，如果缺陷在網(wǎng)格尺寸以下的情況下，就在網(wǎng)格內(nèi)產(chǎn)生一個Marker（標記）進行追蹤。如果Marker再次包含到GasGroup中則Marker消失7)Marker（微小氣體缺陷）的速度由周圍熔液的速度來推定，不考慮浮力。不考慮Marker之間的相互沖撞以及和內(nèi)壁表面接觸后的吸附。假定以及背壓的造型本文檔共49頁；當前第26頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的充型解析（實例1）僅在左側(cè)上部開設(shè)排氣孔在兩側(cè)上部同時開設(shè)排氣孔資料提供：大阪大學本文檔共49頁；當前第27頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的充型解析（實例2）－機動車引擎蓋氣體卷入：缺陷和解析結(jié)果(a)實際生產(chǎn)結(jié)果(b)模擬解析結(jié)果資料提供：大阪大學本文檔共49頁；當前第28頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的充型解析（實例3）－箱型資料提供：東芝機械㈱本文檔共49頁；當前第29頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的充型解析（事例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時間：40ms本文檔共49頁；當前第30頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的充型解析（實例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時間：40ms＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：400cm/s切換時間：40ms本文檔共49頁；當前第31頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的充型解析（實例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時間：40ms本文檔共49頁；當前第32頁；編輯于星期一\4點56分＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：400cm/s切換時間：40ms考慮背壓的充型解析（實例3）－箱型本文檔共49頁；當前第33頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的充型解析（實例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時間：40ms本文檔共49頁；當前第34頁；編輯于星期一\4點56分考慮背壓的充型解析（實例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時間：40ms本文檔共49頁；當前第35頁；編輯于星期一\4點56分實際案例解析－滑枕武漢武重鑄鍛有限公司產(chǎn)品型號：TK6920零件號：20033零件名稱：滑枕技術(shù)要求：1、鑄件不允許有氣眼，夾砂，縮孔，裂紋等缺陷。2、鑄件進行時效處理。3、未注鑄造圓角：R5~R10。4、法蘭盤T6916-20027，T6916-20028，8n6×20J44-1裝上后與導(dǎo)軌一起配磨。5、模型參考T6916-20076的模型。本文檔共49頁；當前第36頁；編輯于星期一\4點56分鑄造工藝鑄件毛重（Kg）：3800澆冒系統(tǒng)（Kg）：600澆注鐵水重（Kg）：4400爐料號：QT600-3出爐溫度℃：≥1400澆注溫度℃：1320~1340澆注時間（s）：60鑄件冷卻時間（h）：24∑F直=113cm2∑F橫=130.5cm2∑F內(nèi)=106cm2雨淋內(nèi)澆口：HZTJ1-35，L=300（共11個，芯盒刻定位）直澆口：HZTJ1-120，L=300（共1個，芯盒內(nèi)刻定位）冒口：30×100/80×150，l=150（共4個）本文檔共49頁；當前第37頁；編輯于星期一\4點56分滑枕3D模型橫澆道直澆道內(nèi)澆道冷鐵鑄件冒口型芯本文檔共49頁；當前第38頁；編輯于星期一\4點56分網(wǎng)格的剖分<網(wǎng)格形狀>

立方體網(wǎng)格<總網(wǎng)格數(shù)> 2505510<鑄件網(wǎng)格數(shù)>

304631<重力方向> Z軸負方向<終止條件>

流動

充填率99.0[％]

凝固

凝固率100.0[％]本文檔共49頁；當前第39頁；編輯于星期一\4點56分物理參數(shù)鑄件（FCD600）

澆口部位：1320

℃

型腔內(nèi)部空氣：10℃

液相線溫度：1180（℃）

固相線溫度：1140（℃）比熱 ：0.2(cal/g?℃）導(dǎo)熱系數(shù)：0.07（cal/cm?sec?℃）

凝固潛熱：50（cal/g）動粘度系數(shù)：0.01（cm2/s）

密度：與溫度依存本文檔共49頁；當前第40頁；編輯于星期一\4點56分物理參數(shù)砂型（SAND）

初期溫度：10（℃）

密度：1.5（g/cm3）

比熱：0.2（cal/g?℃）導(dǎo)熱系數(shù)：0.002（cal/cm?sec?℃冷鐵

初期溫度：10（℃）

密度：7.5（g/cm3）

比熱：0.16（cal/g?℃）導(dǎo)熱系數(shù)：0.08（cal/cm?sec?℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)[cal/cm2?sec?℃]FCD600SAND冷鐵空氣FCD600—0.010.20.0005SAND0.01—0.20.0005冷鐵0.20.2—0.2空氣0.20.2—0.2本文檔共49頁；當前第41頁；編輯于星期一\4點56分計算條件（流動）澆注速度：澆注溫度：本文檔共49頁；當前第42頁；編輯于星期一\4點56分流動解析結(jié)果－充填動畫本文檔共49頁；當前第43頁；編輯于星期一\4點56分凝固解析結(jié)果－凝固過程動畫本文檔共49頁；當前第44頁；編