Pour le moulage sous pression, le moulage à basse pression et le moulage par gravité (y compris le type sable/métal), la simulation IAO est utilisée comme outil numérique de base pour la simulation numérique couplée de l'ensemble du processus de moulage en construisant un modèle tridimensionnel couvrant les moules, les pièces moulées et le système de carotte. Ses modules d'analyse communs sont les suivantsSimulation du processus de charge(Analyse des schémas d'écoulement du métal liquide, prévision de la ségrégation à froid et de l'enveloppement par le gaz),Simulation du processus de coagulation(analyse du champ de température et de la séquence de solidification, prévision du retrait) etSimulation de contraintes/déformations(prédiction des contraintes thermiques, des contraintes résiduelles et des déformations). Pour la caractérisation des processus.L'IAO pour le moulage sous pression se concentre sur le remplissage des moules à grande vitesse et l'analyse des rouleaux d'air, le bilan thermique des moules et l'optimisation du refroidissement.;L'IAO pour le moulage à basse pression se concentre sur le contr?le précis du champ de pression de l'air, la solidification séquentielle et la simulation du retrait.;L'IAO de la coulée par gravité se concentre sur le régime d'écoulement naturel sous l'effet de la gravité, les voies de solidification et l'évaluation de l'efficacité de l'appoint de la colonne montante.Le r?le fondamental consiste à prévoir scientifiquement les défauts et à optimiser les paramètres du processus et la conception du moule. Le r?le fondamental est de prévoir scientifiquement les défauts, d'optimiser les paramètres du processus et la conception du moule afin d'améliorer de manière significative la qualité du moulage, de raccourcir les cycles de développement et de réduire les co?ts liés aux essais et aux erreurs.
simulation de la températureSimulation IAO Simulation de la température de coulée de l'aluminium
Simulation du flux de remplissageSimulation IAO du flux de remplissage d'une coulée d'aluminium
Analyse de la simulation barométriqueSimulation IAO de l'analyse de la simulation des gaz des cylindres de coulée d'aluminium
Simulation de rétrécissementSimulation IAO du retrait de la fonte d'aluminium
Simulation et analyse CAE en fonderie
He Xin Moulding a intégré dès la phase de développement des moulesAnalyse par simulation de moulage assistée par ordinateur (CAE), en créant un modèle numérique en 3D couvrant le moule, la pièce moulée et le système de coulée et de masselottes, on réalise une simulation couplée multiphysique de l'ensemble du processus de moulage. La valeur ajoutée principale de la simulation CAE réside dansAnticiper les défauts et optimiser les paramètres de fabrication avant même l'usinage du moule, ce qui permet de réduire à 2 tours maximum, le cycle de développement d'un moule a été réduit de plus de 30%, et les co?ts d'essai des moules ont été réduits d'environ 40%.
Les capacités de simulation CAE de He Xin couvrent trois procédés : le moulage sous haute pression, le moulage sous basse pression et le moulage par gravité. S'appuyant sur des plateformes de simulation de premier plan telles que ProCAST, MAGMASOFT, Flow-3D et AnyCasting, l'entreprise est en mesure d'effectuerSimulation de l'écoulement lors de la coulée, analyse de la solidification et du refroidissement, prévision des poches d'air, identification des cavités et des porosités, calcul des contraintes thermiques et des déformationsCinq modules d'analyse clés. Les résultats de simulation orientent directement la conception du système de coulée, la disposition des canaux de refroidissement, les solutions de dégazage et le réglage des paramètres de processus, permettant ainsi de passer d'un modèle de développement de moules " empirique et par essais et erreurs " à un modèle " fondé sur les données ".
Les quatre principaux modules d'analyse et de simulation
Simulation CAE en fonderie : aper?uRemplissage → Solidification → Défauts → ContraintesQuatre processus physiques se déroulent, avec un couplage des données entre les différents modules, formant ainsi un système complet de validation numérique du procédé de fonderie :
Simulation de l'écoulement de remplissage
à l'aide de la CFD (dynamique des fluides computationnelle), on résout les équations de Navier-Stokes afin de simuler le trajet d'écoulement du métal en fusion dans le système de coulée et la cavité, la répartition de la vitesse de remplissage et la forme de la surface libre. Cette méthode permet de prédire les défauts de coulée tels que les barres froides, les manques de remplissage et les traces d'écoulement, et de générer des données relatives au temps de remplissage, au champ de vitesse d'écoulement et au champ de température, afin d'optimiser l'emplacement et la section transversale de la buse d'injection.
Analyse de la solidification et du refroidissement
Résolution couplée des équations de transfert thermique et de la libération de la chaleur latente de solidification, calcul des courbes température-temps pour chaque partie de la pièce moulée, de l'ordre de solidification et de la distribution du taux de phase solide. Identifier les zones de phase liquide isolées et l'emplacement des n?uds thermiques, prévoir les risques de formation de cavités et de porosité, quantifier la probabilité d'apparition de défauts à l'aide du critère de Niyama ou de la méthode du gradient de taux de phase solide, et orienter la disposition des canaux de coulée et des masselottes.
Inclusion de gaz et inclusion d'oxyde
La méthode des écoulements multiphasiques (méthode VOF) est utilisée pour suivre l'interface entre l'aluminium en fusion et le gaz, afin de simuler les phénomènes d'entra?nement, de fragmentation, d'agrégation et de remontée du gaz au cours du processus de remplissage du moule. Les résultats quantitatifs concernant la position des poches de gaz, la fraction volumique du gaz et la probabilité de rétention permettent d'optimiser la disposition des canaux et des bouchons d'évent, ainsi que d'ajuster la courbe de vitesse de coulée.
Contraintes et déformations
En couplant les champs thermiques et mécaniques, on calcule la répartition des contraintes thermiques, le niveau des contraintes résiduelles et l'ampleur des déformations des pièces moulées au cours des processus de solidification et de refroidissement. Cela permet d'évaluer à l'avance les risques de fissuration thermique (sur la base de l'indice de sensibilité à la fissuration thermique HCS) et les écarts dimensionnels, et fournit ainsi une base pour la conception de la compensation de déformation du moule et l'élaboration des procédés de traitement thermique.
Les axes prioritaires de la simulation CAE pour les trois procédés de fonderie
Les mécanismes de remplissage et les types de défauts varient considérablement selon les procédés de fonderie, et les axes d'analyse ainsi que les critères clés de la simulation CAE diffèrent en conséquence :
Simulation CAE pour le moulage sous pression
Simulation CAE pour la coulée sous basse pression
Simulation CAE pour la fonderie par gravité
Cha?ne d'outils de simulation CAE
En fonction des différents procédés de fonderie et des besoins d'analyse, He Xin utilise plusieurs logiciels de simulation CAE spécialisés, chacun ayant ses propres points forts et se complétant mutuellement :
| Nom du logiciel | Points forts | Procédés applicables | Fonctionnalités phares | Type de maillage |
|---|---|---|---|---|
| MAGMASOFT | Analyse très précise de la solidification et des contraintes, simulation exacte du champ de température du moule | Moulage sous pression, basse pression, moulage par gravité | Analyse de l'équilibre thermique sur plusieurs cycles, prévision de la microstructure | FDM (méthode des différences finies) |
| ProCAST | Capacité avancée de couplage multiphysique, calcul précis du transfert de chaleur par rayonnement | Basse pression, moulage par gravité (y compris moulage en sable) | Prévision de la fissuration à chaud, simulation de la structure cristalline, compensation de la déformation inverse | FEM (méthode des éléments finis) |
| Flow-3D | Précision optimale du suivi des surfaces libres, simulation de remplissage à grande vitesse à la pointe de la technologie | moulage sous pression | Méthode TruVOF, analyse quantitative des gaz de volume, suivi du film d'oxydation | FVM + FAVOR |
| AnyCasting | Facile à utiliser, rapide à calculer, adapté aux itérations rapides | Gravité, basse pression | Guide d'optimisation des points d'injection, comparaison parallèle de plusieurs solutions | FDM (méthode des différences finies) |
Processus standard d'analyse par simulation CAE
La simulation CAE de He Xin respecte les normesProcessus d'analyse en cinq étapes, afin de garantir la reproductibilité des résultats de simulation et leur valeur en tant que guide technique :
Prétraitement géométrique
Importez les modèles 3D des pièces moulées et des moules, extrayez les domaines fluides et solides du système de coulée, de la pièce moulée et du moule, effectuez le maillage (en veillant à ce que les pièces à parois minces comportent au moins 3 couches de maillage), puis définissez le coefficient de transfert thermique interfacial (pièce moulée-moule : 500 à 2 000 W/m2·K).
Matériaux et conditions aux limites
Sélectionner la nuance d'alliage d'aluminium (A356 / A380 / ZL101, etc.), définir les paramètres thermiques (température de la ligne de phase liquide, température de la ligne de phase solide, chaleur latente, courbe de viscosité), puis configurer la température de coulée, la température de préchauffage du moule ainsi que la courbe de vitesse/pression de remplissage.
Calculs à résoudre
Lancez le solveur de couplage multiphysique pour calculer successivement le champ d'écoulement lors du remplissage, le champ de température et le processus de solidification. Durée typique de calcul : 2 à 4 heures pour l'analyse du remplissage en moulage sous pression, 4 à 8 heures pour l'analyse de la solidification en moulage à basse pression (en fonction du nombre de mailles et de la configuration matérielle).
Traitement des résultats
Visualisation de l'ordre de remplissage, du champ thermique, de la répartition du taux de solidification, de l'emplacement des cavités et des porosités, de la fraction volumique des gaz de coulée et de la répartition des contraintes. Extraction des valeurs des critères clés (indice de Niyama, fraction volumique des gaz résiduels, indice de sensibilité à la fissuration thermique) et génération d'un rapport de prévision des défauts.
Itérations d'optimisation des procédés
Ajuster les paramètres du système de coulée (surface de la buse d'injection, emplacement des canaux de débordement), les paramètres de refroidissement (débit des canaux de refroidissement, température de l'eau) ou les paramètres de processus (température de coulée, vitesse de remplissage) en fonction des résultats de la simulation, puis procéder à une nouvelle simulation de validation jusqu'à ce que les prévisions de défauts répondent aux exigences de qualité.
Paramètres clés de simulation et conditions aux limites
La précision de la simulation CAE dépend fortementPertinence de la définition des conditions aux limites. Voici les paramètres de simulation clés calibrés par He Xin à partir de données de production réelles, afin de garantir que l'écart entre les résultats de la simulation et les essais sur moule physique reste dans des limites acceptables :
| Catégories de paramètres | Nom du paramètre | Valeurs typiques / Plage | Impact sur la précision de la simulation |
|---|---|---|---|
| Propriétés thermiques | A356 Température de la ligne de phase liquide | 615 °C | Facteurs influant sur la détermination du point de début de prise |
| Propriétés thermiques | A356 Température de la ligne en phase solide | 555 °C | Influence sur le point final de prise et le temps de fermeture des canaux de retrait |
| Propriétés thermiques | Chaleur latente de solidification (A356) | 389 kJ/kg | Influence sur le temps de solidification et le calcul du champ thermique |
| Interface | Pièces moulées - Coefficient de transfert thermique des moules | 500 à 2 000 W/m2·K | Influence directement la vitesse de refroidissement et l'ordre de solidification |
| Interface | Moule - Coefficient de transfert thermique de l'eau de refroidissement | 3 000 à 8 000 W/m2·K | Facteurs influen?ant l'équilibre thermique du moule |
| arts et artisanat | Température de coulée (A356) | 700 à 740 °C | Influence sur la capacité de remplissage et le temps de solidification |
| arts et artisanat | Température de préchauffage du moule | 180 à 250 °C (moulage sous pression) / 150 à 200 °C (basse pression) | Influence sur l'intégralité du remplissage et la vitesse de solidification |
| arts et artisanat | Vitesse de remplissage en moulage sous pression | 50 à 100 m/s (entrée de coulée interne) | Facteurs influen?ant le volume d'air et la qualité de surface |
| arts et artisanat | Pression de maintien à basse pression | 0,1 à 0,3 MPa | Facteurs influen?ant l'efficacité du retrait et la tendance au relachement |
| Critères | Niyama : seuil | < 0,8 à 1,0 √K·s/mm | Seuil de détection de la porosité ; en dessous de cette valeur, il existe un risque de porosité |
| Critères | Fraction volumique des gaz résiduels | < 2% (pièce de sécurité) | Indicateurs de quantification des défauts liés aux pores |
| Critères | Indice de sensibilité à la fissuration à chaud (HCS) | < 1,0 (risque faible) | Seuil d'évaluation des risques de fissuration à chaud |
Foire aux questions sur les techniques de simulation CAE
Vous avez besoin d'une assistance en matière de simulation CAE pour la fonderie ?
Envoyez-nous les plans de vos produits et vos exigences techniques. Les ingénieurs de Hexin réaliseront simultanément des analyses de simulation CAE dès la phase de conception du moule et vous fourniront un rapport détaillé de prévision des défauts ainsi que des recommandations d'optimisation des processus. Les frais de simulation sont inclus dans le service de développement de moules et ne font l'objet d'aucun supplément.
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