FLOW3D鑄造工藝模擬分析課件

FLOW3D鑄造工藝模擬分析Gravitycasting重力鑄造PrecisionCasting熔模鑄造LowPressureCasting低壓鑄造HighPressureDieCasting高壓鑄造TiltCasting傾斜鑄造Lostfoamcasting消失模鑄造SqueezeCasting擠壓鑄造CentrifugalCasting離心鑄造ContinuousCasting連續(xù)鑄造InvestmentCastingThixocastingSemi-solid半固態(tài)成型材料MaterialIron鑄鐵Steel鑄鋼Aluminum鋁合金Magnesium鎂合金Copper/Bronze銅合金等可模擬的鑄造方式鑄件常見的缺陷問題縮孔：鑄件在凝固過程中因為金屬融湯的固化，在鑄件上（表面或者是內(nèi)部）產(chǎn)生局部凹陷或空孔合金融湯充填不良：模穴尚未完全填滿，但是融湯已經(jīng)固化冷接紋：融湯前緣的溫度過低，在金屬相接時形成痕跡裂痕：因為熱應力分布不均，使得鑄件在局部區(qū)域發(fā)生裂痕氣泡：鑄件在成形過程中，因為融湯內(nèi)卷氣量過高，使得鑄件局部區(qū)域內(nèi)發(fā)生氣泡集中的現(xiàn)象鑄件缺陷會造成下列問題鑄造屬于大量量產(chǎn)方式，在量產(chǎn)過程中一旦發(fā)生問題，在短時間內(nèi)可能會產(chǎn)生大量不良品鑄件內(nèi)的氣孔聚集狀況在鑄件成形，進行熱處理的時候，會因為氣體膨脹而造成鑄件表面鼓出而造成不良金屬的冷卻速度快，薄壁鑄件或大型壓鑄件特別容易發(fā)生外觀上的缺陷壓鑄模具雖然可以修改，但是不能無限期的進行修改。另外，模具修改需要額外的金錢及時間成本，會造成產(chǎn)品的開發(fā)成本上升鎂合金壓鑄引擎進氣岐管

產(chǎn)品規(guī)格:-材料：AZ91D;-尺寸精度要求非常高，

希望減少后續(xù)加工-重量減輕，希望提升燃油效率-公稱厚度為1.5-2.0mmAudiV84.2literengine.PhotoreproducedfromAdvancedMaterials&Processes,August2000.模具最佳化設計－步驟I:流道與澆口設計進澆速度~60m/sec,較薄區(qū)域速度達到100m/sec減少噴流以及流動分離的狀況減少空氣與氧化膜混入的機會達到所有的流體可以通過所有澆口區(qū)域鎂合金壓鑄引擎進氣岐管由于金屬導熱速度快，而且產(chǎn)品不厚，充填速度相當快最佳化溢流井的分布減少噴流以及流動分離的狀況減少空氣與氧化膜混入的機會充填過程中的溫度變化困在模穴表面的空氣與氧化膜模具最佳化設計－步驟II:充填模擬鎂合金壓鑄引擎進氣岐管可以設計冷卻水路與加熱機構可以模擬模具預熱與冷卻效果固化率分布開模后的模具溫度分布模具最佳化設計－步驟III:固化模擬與冷卻模擬鎂合金壓鑄引擎進氣岐管AudiV84.2literengine規(guī)格:重量–7kg(15lb)產(chǎn)品公稱厚度–1.5mm(0.06in)1997年一月開始進行開發(fā)1997年十一月進行試量產(chǎn)AdvancedMaterials&Processes,August2000FLOW-3D?配合德國KolbenschmidtPierburg開發(fā)完成

AudiV6engine1998優(yōu)秀設計獎InternationalMagnesiumAssociation.

利用壓鑄制程開發(fā)完成，不需要多余的二次加工重量-4.3kg(10lb)

–只有傳統(tǒng)鋁合金制品的一半公稱厚度–1.5mm(0.06in).目前產(chǎn)量每年300,000件AdvancedMaterials&Processes,December1998FLOW-3D?配合德國KolbenschmidtPierburg開發(fā)完成

戴姆克萊斯勒S-classandCLcoupeIntakemanifoldfortheV12engines公稱厚度–1.5mm(0.06in).TwinignitionsystemAutomaticpartialcylindershutdownAnti-locksensor引擎規(guī)格：367hpand530Nmtorque.AdvancedMaterials&Processes,July2000FLOW-3D?配合德國KolbenschmidtPierburg開發(fā)完成

高壓鑄造的卷氣現(xiàn)象模擬FlowSeparation&BreakupDuringFilling -空氣 -金屬A.Severebreakupofthemetalfront.B.Flowseparationatthegate.C.Irregularbackfillingmetalfront.AABCCCC高壓鑄造氧化膜分布預測分析顏色代表模穴內(nèi)的困氣以及氧化膜分布: -金屬 -含有雜質的金屬高壓鑄造Defect-Tracking表面缺陷追蹤MicroPorosity微縮孔分析高壓鑄造熱點分析HPDC鋅合金鑄造紅色區(qū)域為有問題的區(qū)域Cavitationpotential

高壓鑄造氣穴預測模擬高壓鑄造熱應力分布交流發(fā)電機外殼鑄造固化過程中的熱應力分布圖DefectPredictionExampleslikelylocationofdefectsFillingAirEntrainmentComparison:enginecover,A380

entrainedairoxidefilmFilling案例說明FLOW3D能夠在鑄造方案設計初期進行模擬驗證，從驗證結果中再重新修正現(xiàn)有的方案設計以下將以實際案例，說明如何以金屬鑄造模擬系統(tǒng)FLOW3D進行方案設計鋁合金高壓鑄造(A380)設計方案檢驗：流道設計檢驗、產(chǎn)品肉厚對于外觀的影響、溢流井的位置確認充填模擬（氧化膜分布）流道系統(tǒng)設計檢驗進料速度差異造成的卷氣現(xiàn)象修改一、進料的流道尺寸?。医牵嵌仍O計則根據(jù)模擬結果（減少流道卷氣現(xiàn)象）修改二、調整四個進料區(qū)的尺寸大小，減少融湯在進入模穴后的卷氣現(xiàn)象產(chǎn)品肉厚設計檢驗產(chǎn)品中央發(fā)生的卷氣現(xiàn)象會在產(chǎn)品表面形成明顯的冷接痕此處設計為一均一厚度的平板區(qū)，但是在鑄造過程中，融湯的充填模式會在平板中心造成一卷氣區(qū)，日后在外觀上很難處理溢流槽位置定義GMO功能應用于鑄造過程ColdChamberHPDC

冷室壓鑄HotChamberHPDC

熱室壓鑄按一下圖片即可播放GMO功能應用于鑄造過程GMO功能應用于鑄造過程DemonstrationofanHPDCSimulationHighPressureDieCasting鑄造材料-AL383模具材料-鋼倒入溫度為690度(1275°F)模具溫度為204.0度(400°F)液相線溫度為593.0°C(1099°F)固相線溫度為521.0C(969°F)這是一個模擬高壓壓鑄樣本。該器件是一個引擎的情況。AnalysisPerformedFillingPatternAirEntrainmentSurfaceOxide(defect)ConcentrationSolidificationMicro-porosityThermalDieCyclingThermalInducedStressesModelSetup:在ModelSetup下有一系列的標簽通過定義問題來工作。每一個題目是根據(jù)它的目的：Global–仿真類型Physics–選擇必需/所需的物理模型Properties–設置選擇的模型屬性Meshing&Geometry–流域配置Boundaries–設置每個網(wǎng)格塊邊界條件Initial–在啟動的問題下流量和溫度條件Output–繪圖頻率控制Numerics–時間步長控制，壓力求解，隱式解選項和平流選項Finalize–檢查輸入，預處理或運行規(guī)劃求解GlobalSetup設置結束時間至0.250秒設置完成時終止的條件，并設置填充完成分數(shù)為1.0，因此整個模腔都填充。添加詳細的評論文件的問題。在Global選項卡上定義所有問題的類型所有其他都才用默認選項Models選擇必需的模型和重要的模型激活AirEntrainment激活絕熱泡沫模型，在充填過程占區(qū)域，形成泡沫.激活在固體中傳熱和傳導激活粘度和紊流激活凝固和缺陷跟蹤激活GravityProperties為了在物理面板中選擇物理模型設置流體性質。液體可以從一個數(shù)據(jù)庫或手工輸入中加載.Meshing&Geometry由于其結構化網(wǎng)格和FAVORTM技術,在FLOW-3D?計算網(wǎng)格調整和導入幾何是很容易的。網(wǎng)格塊可以覆蓋到幾何。下一系列的步驟，體現(xiàn)了技術。首先從子組件菜單創(chuàng)建或導入幾何接著，在幾何覆蓋網(wǎng)格塊最后，網(wǎng)格可以通過旋轉和縮放檢查決議BoundariesBoundaries是為了每個網(wǎng)格塊而設置的邊界條件。在這個仿真，time-dependent速度是為沖頭而設置的。這個從一速到二速的拍攝。塊之間的界限是自動處理，并不需要設定。這將打開該網(wǎng)格塊面的邊界選項。選擇速度按鈕來設置time-dependent值。在這里，設置一速和二速的時間和速度。溢流槽是設置在壓力條件下能使空氣和氣體自由跑掉的地方Initial只有在空腔內(nèi)設置壓力為大氣條件。設置為1個大氣壓(1.013e+06)。PostProcessingandResults在以下一系列幻燈片證明后處理/數(shù)據(jù)輸出FLOW-3D?的性能和提供從模擬填充和HPDC凝固進程取得的成果。FLOW-3D?具有強大的后處理功能，包括數(shù)據(jù)輸出格式，如在指定地點，數(shù)量的能力，廣泛的調查，圖形輸出，簡化和數(shù)字數(shù)據(jù)。AirEntrainmentThequantityofentrainedairisbaseduponadifferencebetweenturbulentenergy(themechanismforentrainingair)andstabilizingforcessuchasgravityandsurfacetension.Thismodelalsoevaluatesjetimpingementforitscalculationofentrainedair.Trappedaircancauseproblemsbycreatingporousregionswithincriticallocationsofacasting.Thereliabilityofthismodelandothersusedduringthefillingprocessaregreatlydependentupontheaccuracyofthefluidadvectionprocess.FLOW-3D?

isknownforitsabilitytoaccuratelypredictthisfluidmotion.AirEntrainment藍色區(qū)域都沒有被困空氣。紅色區(qū)域顯示的最高濃度，有被困空氣的可能性。AirEntrainment空氣中的濃度最高最終被困在管道及零件的極端地帶DefectConcentration這動畫顯示填充圖案顏色濃度的缺陷。表面缺陷跟蹤說明在暴露的液體表面上的氧化物組合。這氧化物最終能夠成為導致被困在一個劣質的局部區(qū)域。當流體噴射跟蹤氧化物，突變分離和接合。SurfaceDefectConcentration由于卷氣，表面氧化物往往成為被困在前面表面相遇區(qū)域和最后填充區(qū)域。所關注的區(qū)域是附近的凸臺和鰭狀。最后填充位置是遠離當前的排氣口位置。Dieisnotyetatsteadystateafter10cycles.ThermalDieCycling模型假設：10個周期鑄件連續(xù)充填均勻的噴涂和吹風關閉模具的初始溫度是100°CThermalDieCycling高于343℃上熱點（650°F）可能需要更多的冷卻。整個鑄件溫度差異大。通過模壁溫度情節(jié)顏色ThermalDieCycling熱點位置ThermalDieCycling更