Nella colata in stampo, nella colata a bassa pressione e nella colata a gravità (compresa quella in sabbia/metallo), la simulazione CAE viene utilizzata come strumento digitale di base per la simulazione numerica accoppiata dell'intero processo di colata, costruendo un modello tridimensionale che comprende gli stampi, i getti e il sistema di materozze. I suoi moduli di analisi comuni includono:Simulazione del processo di carica(Analisi dei modelli di flusso del metallo liquido, previsione della segregazione a freddo e del gas wrapping),Simulazione del processo di coagulazione(analisi del campo di temperatura e della sequenza di solidificazione, previsione del ritiro) eSimulazione di sollecitazione/deformazione(Previsione delle sollecitazioni termiche, delle sollecitazioni residue e delle deformazioni). Per la caratterizzazione dei processi.Il CAE per la pressofusione si concentra sul riempimento dello stampo ad alta velocità e sull'analisi dei rulli d'aria, sul bilancio termico dello stampo e sull'ottimizzazione del raffreddamento.;Il CAE per la colata a bassa pressione si concentra sul controllo preciso del campo di pressione dell'aria, sulla simulazione della solidificazione sequenziale e del ritiro.;Il CAE della colata per gravità si concentra sul regime di flusso naturale per gravità, sui percorsi di solidificazione e sulla valutazione dell'efficienza di reintegro del riser.Il ruolo fondamentale è quello di prevedere scientificamente i difetti e ottimizzare i parametri di processo e la progettazione degli stampi. Il ruolo fondamentale è quello di prevedere scientificamente i difetti, ottimizzare i parametri di processo e la progettazione degli stampi per migliorare significativamente la qualità della colata, abbreviare i cicli di sviluppo e ridurre i costi di prova e di errore.
simulazione della temperaturaSimulazione CAE Simulazione della temperatura di fusione dell'alluminio
Simulazione del flusso di riempimentoSimulazione CAE del flusso di riempimento di una colata di alluminio
Analisi della simulazione barometricaSimulazione CAE dell'analisi di simulazione dei gas dei rulli di colata di alluminio
Simulazione del ritiroSimulazione CAE del ritiro di una colata di alluminio
Analisi e simulazione CAE per la fusione
He Xin Moulding ha introdotto già nella fase di sviluppo degli stampiAnalisi di simulazione della fusione con CAE (Computer Aided Engineering), attraverso la creazione di modelli numerici tridimensionali che comprendono stampi, pezzi fusi e sistemi di colata e canalizzazione, viene eseguita una simulazione con accoppiamento multifisico dell’intero processo di fusione. Il valore fondamentale della simulazione CAE risiede nel fatto chePrevedere i difetti e ottimizzare i parametri di lavorazione prima della lavorazione dello stampo, riducendo da 4 a 6 i cicli di prova e modifica degli stampi richiesti dal metodo tradizionale di prova ed errore a entro 2 turni, con una riduzione del ciclo di sviluppo di ogni singolo stampo di oltre 30% e una diminuzione dei costi di collaudo di circa il 40%.
Le competenze di He Xin nel campo della simulazione CAE coprono tre processi: pressofusione ad alta pressione, fusione a bassa pressione e fusione per gravità; avvalendosi delle principali piattaforme di simulazione quali ProCAST, MAGMASOFT, Flow-3D e AnyCasting, è in grado di eseguireSimulazione del flusso durante la colata, analisi della solidificazione e del raffreddamento, previsione delle sacche d’aria, valutazione di cavità e porosità, calcolo delle sollecitazioni termiche e delle deformazioniCinque moduli analitici fondamentali. I risultati della simulazione guidano direttamente la progettazione del sistema di colata, la disposizione dei canali di raffreddamento, le soluzioni di sfiato e l'impostazione dei parametri di processo, consentendo il passaggio da un modello di sviluppo degli stampi basato sull""esperienza per tentativi ed errori" a uno "guidato dai dati?.
I quattro moduli principali di analisi e simulazione
Simulazione CAE nella fusione: panoramicaColata → Solidificazione → Difetti → TensioniSi svolgono quattro processi fisici, con l'interconnessione dei dati tra i vari moduli, che insieme costituiscono un sistema completo di verifica digitale del processo di fusione:
Simulazione del flusso di riempimento dello stampo
Sulla base della CFD (fluidodinamica computazionale), si risolvono le equazioni di Navier-Stokes per simulare il percorso di flusso del metallo fuso nel sistema di colata e nella cavità, la distribuzione della velocità di riempimento e la morfologia della superficie libera. è possibile prevedere difetti di colata quali isolamenti a freddo, colata insufficiente e striature, e ottenere dati relativi ai tempi di colata, al campo di velocità e al campo di temperatura, che fungono da guida per l'ottimizzazione della posizione e della sezione trasversale del punto di colata interno.
Analisi del raffreddamento per solidificazione
Risoluzione accoppiata delle equazioni di trasferimento termico e del rilascio del calore latente di solidificazione, calcolo delle curve temperatura-tempo delle varie parti del getto, dell’ordine di solidificazione e della distribuzione della percentuale di fase solida. Identifica le zone di fase liquida isolate e la posizione dei nodi termici, prevede la tendenza alla formazione di cavità e porosità da contrazione, quantifica la probabilità di difetti tramite il criterio di Niyama o il metodo del gradiente di percentuale di fase solida, e fornisce indicazioni per la disposizione dei canali di colata e dei nuclei di raffreddamento.
Formazione di gas e inclusioni ossidiche
Utilizzando il metodo del flusso multifase (metodo VOF) per tracciare l’interfaccia tra l’alluminio fuso e il gas, si simula il comportamento del gas durante il processo di colata, ovvero l’incorporazione, la frammentazione, l’aggregazione e la risalita. Vengono forniti dati quantitativi relativi alla posizione del gas incorporato, alla frazione volumetrica del gas e alla probabilità di ritenzione, al fine di guidare l’ottimizzazione della disposizione dei canali di sfiato e dei tappi di sfiato, nonché l’adeguamento della curva di velocità di colata.
Sollecitazioni e deformazioni
Accoppiare il campo termico con quello meccanico per calcolare la distribuzione delle sollecitazioni termiche, i livelli di sollecitazioni residue e l'entità delle deformazioni nei pezzi fusi durante i processi di solidificazione e raffreddamento. Prevedere il rischio di fessurazione termica (in base all'indice di sensibilità alla fessurazione termica, HCS) e gli scostamenti dimensionali, fornendo così le basi per la progettazione della compensazione della deformazione inversa degli stampi e per la definizione dei processi di trattamento termico.
Punti chiave della simulazione CAE per i tre processi di fusione
I meccanismi di riempimento e i modelli di difetti variano in modo significativo a seconda dei diversi processi di fusione, e i punti chiave dell’analisi e i criteri decisionali della simulazione CAE presentano ciascuna le proprie specificità:
Simulazione CAE per la pressofusione
Simulazione CAE per la fusione a bassa pressione
Simulazione CAE per la fusione per gravità
Catena di strumenti software di simulazione CAE
He Xin, in base ai diversi processi di fusione e alle esigenze di analisi, utilizza diversi software di simulazione CAE specializzati, ciascuno con le proprie specificità e che si integrano a vicenda:
| Nome del software | Punti di forza fondamentali | Processo applicabile | Funzionalità esclusive | Tipo di griglia |
|---|---|---|---|---|
| MAGMASOFT | Elevata precisione nell'analisi della solidificazione e delle sollecitazioni; simulazione accurata del campo termico dello stampo | Pressofusione, bassa pressione, colata per gravità | Analisi dell'equilibrio termico su più cicli, previsione della microstruttura | FDM (metodo delle differenze finite) |
| ProCAST | Elevata capacità di accoppiamento multifisico, calcoli precisi del trasferimento di calore per irraggiamento | Bassa pressione, a gravità (compresi gli stampi in sabbia) | Previsione della frattura termica, simulazione della struttura cristallina, compensazione della deformazione inversa | FEM (Metodo degli elementi finiti) |
| Flow-3D | Massima precisione nel tracciamento delle superfici libere e simulazione all’avanguardia del riempimento ad alta velocità | pressofusione | Metodo TruVOF, analisi quantitativa del gas di volume, tracciamento del film di ossidazione | FVM + FAVOR |
| AnyCasting | Facile da usare, veloce nell'elaborazione dei risultati, adatto a iterazioni rapide | Gravità, bassa pressione | Guida all'ottimizzazione dei punti di colata, confronto parallelo di più soluzioni | FDM (metodo delle differenze finite) |
Flusso di lavoro standard per l'analisi di simulazione CAE
La simulazione CAE di He Xin segue gli standardProcesso di analisi in cinque fasi, garantire la ripetibilità dei risultati della simulazione e il loro valore come guida ingegneristica:
Pre-elaborazione geometrica
Importare i modelli 3D dei pezzi fusi e degli stampi, estrarre i domini fluidi/solidi del sistema di colata, dei pezzi fusi e degli stampi, eseguire la mesh (per i pezzi a pareti sottili garantire una mesh di almeno 3 strati) e impostare il coefficiente di scambio termico interfacciale (pezzo fuso-stampo: 500~2000 W/m2·K).
Materiali e condizioni al contorno
Selezionare il tipo di lega di alluminio (A356 / A380 / ZL101 ecc.), impostare i parametri termofisici (temperatura della linea di fase liquida, temperatura della linea di fase solida, calore latente, curva di viscosità) e configurare la temperatura di colata, la temperatura di preriscaldamento dello stampo e la curva di velocità/pressione di riempimento.
Calcolo della soluzione
Avviare il risolutore di accoppiamento multifisico e calcolare in sequenza il campo di flusso durante il riempimento, il campo termico e il processo di solidificazione. Tempi di calcolo tipici: analisi del riempimento nella pressofusione da 2 a 4 ore, analisi della solidificazione nella fusione a bassa pressione da 4 a 8 ore (a seconda del numero di elementi della mesh e della configurazione hardware).
Post-elaborazione dei risultati
Visualizzazione della sequenza di riempimento, del campo termico, della distribuzione del tasso di solidificazione, della posizione dei cavità e delle porosità, della frazione volumetrica dei gas intrappolati e della distribuzione delle sollecitazioni. Estrazione dei valori dei criteri chiave (numero di Niyama, frazione volumetrica dei gas residui, indice di sensibilità alla fessurazione termica) e generazione di un rapporto di previsione dei difetti.
Ottimizzazione iterativa dei processi
In base ai risultati della simulazione, regolare i parametri del sistema di colata (area del punto di colata, posizione del canale di sfioro), i parametri di raffreddamento (portata dei canali di raffreddamento, temperatura dell'acqua) o i parametri di processo (temperatura di colata, velocità di riempimento dello stampo), quindi eseguire una nuova simulazione di verifica fino a quando la previsione dei difetti non soddisfa i requisiti di qualità.
Parametri chiave di simulazione e condizioni al contorno
L'accuratezza della simulazione CAE dipende in larga misura daLa fondatezza della definizione delle condizioni al contorno. Di seguito sono riportati i parametri chiave di simulazione calibrati da He Xin sulla base dei dati di produzione effettivi, al fine di garantire che lo scostamento tra i risultati della simulazione e quelli delle prove su stampo reali rimanga entro limiti accettabili:
| Categorie di parametri | Nome del parametro | Valori tipici / Intervallo | Influenza sulla precisione della simulazione |
|---|---|---|---|
| Proprietà termiche | A356 Temperatura della linea di fase liquida | 615 °C | Fattori che influenzano la determinazione del punto di inizio della coagulazione |
| Proprietà termiche | A356 Temperatura della linea di fase solida | 555 °C | Fattori che influenzano il punto finale di solidificazione e il tempo di chiusura dei canali di compensazione |
| Proprietà termiche | Calore latente di solidificazione (A356) | 389 kJ/kg | Influenza sul tempo di solidificazione e sul calcolo del campo termico |
| Interfaccia | Coefficienti di scambio termico dei pezzi fusi e degli stampi | 500–2000 W/m2·K | Influiscono direttamente sulla velocità di raffreddamento e sulla sequenza di solidificazione |
| Interfaccia | Stampo - Coefficiente di scambio termico dell'acqua di raffreddamento | 3000–8000 W/m2·K | Fattori che influenzano lo stato di equilibrio termico dello stampo |
| arti e mestieri | Temperatura di colata (A356) | 700–740 °C | Fattori che influenzano la capacità di riempimento e il tempo di solidificazione |
| arti e mestieri | Temperatura di preriscaldamento dello stampo | 180–250 °C (pressofusione) / 150–200 °C (bassa pressione) | Fattori che influenzano la completezza del riempimento e la velocità di solidificazione |
| arti e mestieri | Velocità di riempimento nella pressofusione | 50–100 m/s (bocchetta interna) | Fattori che influenzano il volume dell'aria aspirata e la qualità della superficie |
| arti e mestieri | Pressione di mantenimento a bassa pressione | 0,1–0,3 MPa | Fattori che influenzano l'efficienza della contrazione e la tendenza alla contrazione e al rilassamento |
| Criterio | Niyama Valore di soglia | < 0,8–1,0 √K·s/mm | Soglia di valutazione della contrazione; valori inferiori a questa soglia comportano il rischio di contrazione |
| Criterio | Frazione volumetrica di gas residuo | < 2% (componente di sicurezza) | Indicatori quantitativi dei difetti porosi |
| Criterio | Indice di sensibilità alla frattura a caldo (HCS) | < 1,0 (rischio basso) | Soglia di valutazione del rischio di frattura termica |
Domande frequenti sulla tecnologia di simulazione CAE
Avete bisogno di supporto per l'analisi e la simulazione CAE nella fusione?
Inviateci i disegni dei vostri prodotti e le specifiche di processo: gli ingegneri di Hexin effettueranno l’analisi di simulazione CAE parallelamente alla fase di progettazione dello stampo e forniranno un rapporto dettagliato sulla previsione dei difetti e suggerimenti per l’ottimizzazione del processo. Il costo della simulazione è già incluso nel servizio di sviluppo dello stampo e non comporta alcun costo aggiuntivo.
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