Na fundi??o sob press?o, na fundi??o a baixa press?o e na fundi??o por gravidade (incluindo do tipo areia/metal), a simula??o CAE é utilizada como uma ferramenta digital central para a simula??o numérica acoplada de todo o processo de fundi??o, através da constru??o de um modelo tridimensional que abrange os moldes, as pe?as fundidas e o sistema de jitos. Os seus módulos de análise principais comuns incluem:Simula??o do processo de carregamento(Análise dos padr?es de fluxo do metal líquido, previs?o da segrega??o a frio e do envolvimento de gás),Simula??o do processo de coagula??o(análise do campo de temperatura e da sequência de solidifica??o, previs?o da retra??o) eSimula??o de tens?o/deforma??o(Previs?o de tens?es térmicas, tens?es residuais e deforma??es). Para a carateriza??o de processos.A CAE para fundi??o injectada centra-se no enchimento de moldes a alta velocidade e na análise do rolo de ar, no equilíbrio térmico do molde e na otimiza??o do arrefecimento.;O CAE de fundi??o a baixa press?o centra-se no controlo preciso do campo de press?o do ar, na solidifica??o sequencial e na simula??o da retra??o.;Fundi??o por gravidade CAE centrada no regime de escoamento natural sob gravidade, caminhos de solidifica??o e avalia??o da eficiência da composi??o do riserO papel fundamental consiste em prever cientificamente os defeitos e otimizar os parametros do processo e a conce??o do molde. O papel fundamental é prever cientificamente os defeitos, otimizar os parametros do processo e a conce??o do molde para melhorar significativamente a qualidade da fundi??o, encurtar os ciclos de desenvolvimento e reduzir os custos de tentativa e erro.
simula??o de temperaturaSimula??o CAE Simula??o de temperatura de fundi??o de alumínio
Simula??o do fluxo de enchimentoSimula??o CAE da simula??o do fluxo de enchimento de uma fundi??o de alumínio
Análise de simula??o barométricaSimula??o CAE da análise de simula??o de gás de rolo de fundi??o de alumínio
Simula??o de retra??oSimula??o CAE da simula??o da contra??o de pe?as fundidas de alumínio
Análise e simula??o CAE na fundi??o
A Hexin Moulding introduziu, logo na fase de desenvolvimento dos moldes,Análise de simula??o de fundi??o por CAE (Computer Aided Engineering), através da constru??o de modelos numéricos tridimensionais que abrangem os moldes, as pe?as fundidas e o sistema de canais de alimenta??o e de escape, é realizada uma simula??o de acoplamento multifísico de todo o processo de fundi??o. O valor central da simula??o CAE reside emPrever defeitos e otimizar os parametros do processo antes do fabrico do molde, reduzindo as 4 a 6 rondas de testes e ajustes de moldes necessárias no método tradicional de tentativa e erro para Até 2 rodadas, o ciclo de desenvolvimento de cada molde foi reduzido em mais de 30% e os custos de ensaio de moldes diminuíram cerca de 40%.
As capacidades de simula??o CAE da Hexin abrangem os três processos de fundi??o por inje??o de alta press?o, fundi??o por inje??o de baixa press?o e fundi??o por gravidade, baseando-se em plataformas de simula??o de referência como o ProCAST, o MAGMASOFT, o Flow-3D e o AnyCasting, permitindo a execu??o deSimula??o do fluxo de enchimento, análise da solidifica??o e arrefecimento, previs?o de bolsas de ar, avalia??o de cavidades e poros, cálculo de tens?es térmicas e de deforma??oCinco módulos analíticos principais. Os resultados da simula??o orientam diretamente a conce??o do sistema de inje??o, a disposi??o dos canais de arrefecimento, os esquemas de escape de gás e a defini??o dos parametros de processo, permitindo a transi??o de um modelo de desenvolvimento de moldes baseado na "experiência e tentativa e erro" para um modelo "orientado por dados".
Quatro módulos principais de simula??o e análise
Simula??o CAE de fundi??o em torno deMoldagem → Solidifica??o → Defeitos → Tens?esDesenrolam-se quatro processos físicos, com o acoplamento de dados entre os diferentes módulos, constituindo em conjunto um sistema completo de verifica??o digital do processo de fundi??o:
Simula??o do fluxo de enchimento
Com base na CFD (Dinamica de Fluidos Computacional), resolve-se as equa??es de Navier-Stokes para simular o percurso de fluxo do metal fundido no sistema de vazamento e na cavidade, a distribui??o da velocidade de enchimento e a morfologia da superfície livre. Permite prever defeitos de enchimento, tais como isolamentos frios, enchimento insuficiente e marcas de fluxo, e fornece dados relativos ao tempo de enchimento, ao campo de velocidade e ao campo de temperatura, orientando a otimiza??o da localiza??o e da sec??o transversal da entrada interna.
Análise da solidifica??o e arrefecimento
Resolu??o acoplada das equa??es de transferência de calor e da liberta??o de calor latente de solidifica??o, calculando as curvas de temperatura em fun??o do tempo em cada parte da pe?a fundida, a sequência de solidifica??o e a distribui??o da taxa de fase sólida. Identificar a localiza??o de zonas de fase líquida isoladas e de pontos quentes, prever a tendência para a forma??o de cavidades e poros de contra??o, quantificar a probabilidade de defeitos através do critério de Niyama ou do método do gradiente da taxa de fase sólida, e orientar a disposi??o dos canais de alimenta??o e dos blocos de arrefecimento.
Gás de enrolamento e escória de oxida??o
Utiliza o fluxo multifásico (método VOF) para acompanhar a interface entre o alumínio fundido e o gás, simulando o comportamento do gás durante o processo de enchimento do molde, nomeadamente a sua incorpora??o, fragmenta??o, aglomera??o e subida. Fornece dados quantitativos sobre a localiza??o do gás incorporado, a fra??o volumétrica do gás e a probabilidade de reten??o, orientando a otimiza??o da disposi??o dos canais de escape e dos tamp?es de escape, bem como o ajuste da curva de velocidade de vazamento.
Tens?o e deforma??o
Combinando o campo térmico com o campo mecanico, calcula-se a distribui??o das tens?es térmicas, os níveis de tens?es residuais e a deforma??o das pe?as fundidas durante os processos de solidifica??o e arrefecimento. Permite prever o risco de fissuras térmicas (com base no índice de sensibilidade às fissuras térmicas, HCS) e os desvios dimensionais, fornecendo uma base para a conce??o da compensa??o da deforma??o inversa dos moldes e para a defini??o dos processos de tratamento térmico.
Pontos-chave da simula??o CAE em três processos de fundi??o
Os mecanismos de enchimento e os padr?es de defeitos variam significativamente consoante os diferentes processos de fundi??o, e os pontos-chave da análise e os critérios decisivos da simula??o CAE têm ênfases distintas:
Simula??o CAE de fundi??o sob press?o
Simula??o CAE de fundi??o sob baixa press?o
Simula??o CAE de fundi??o por gravidade
Cadeia de ferramentas de software de simula??o CAE
A Hexin seleciona vários programas de simula??o CAE especializados, de acordo com os diferentes processos de fundi??o e necessidades de análise, cada um com o seu foco específico, de forma a complementarem-se mutuamente:
| Nome do software | Principais pontos fortes | Processo aplicável | Funcionalidades em destaque | Tipo de grelha |
|---|---|---|---|---|
| MAGMASOFT | Alta precis?o na análise da solidifica??o e das tens?es, simula??o precisa do campo de temperatura do molde | Fundi??o sob press?o, baixa press?o, por gravidade | Análise do equilíbrio térmico em múltiplos ciclos, previs?o da microestrutura | FDM (Diferenciais Finitos) |
| ProCAST | Grande capacidade de acoplamento entre vários campos físicos e cálculos precisos de transferência de calor por radia??o | Baixa press?o, por gravidade (incluindo moldes de areia) | Previs?o de fissuras por calor, simula??o da estrutura granular, compensa??o da deforma??o inversa | FEM – Método dos Elementos Finitos |
| Flow-3D | A maior precis?o no rastreio de superfícies livres e simula??o de enchimento a alta velocidade de ponta | fundi??o injectada | Método TruVOF, análise quantitativa do ar de arrastamento, rastreio da película de oxida??o | FVM + FAVOR |
| AnyCasting | Fácil de utilizar, com resolu??o rápida, adequado para itera??es rápidas | Gravidade, baixa press?o | Guia de otimiza??o de entradas de inje??o, compara??o paralela de várias op??es | FDM (Diferenciais Finitos) |
Fluxo de trabalho padr?o para a análise de simula??o CAE
A simula??o CAE da Hexin segue normas padronizadasProcesso de análise em cinco etapas, garantir a repetibilidade dos resultados da simula??o e o seu valor orientador para a engenharia:
Pré-processamento geométrico
Importar os modelos 3D das pe?as fundidas e dos moldes, extrair as regi?es de fluido e de sólido do sistema de alimenta??o, da pe?a fundida e do molde, efetuar a malha (garantindo ≥3 camadas de malha para pe?as de paredes finas) e definir o coeficiente de transferência de calor na interface (pe?a fundida-molde: 500~2000 W/m2·K).
Materiais e condi??es de contorno
Selecionar a designa??o da liga de alumínio (A356 / A380 / ZL101, etc.), definir os parametros das propriedades térmicas (temperatura da linha de fase líquida, temperatura da linha de fase sólida, calor latente, curva de viscosidade) e configurar a temperatura de vazamento, a temperatura de pré-aquecimento do molde e a curva de velocidade/press?o de enchimento.
Cálculo da solu??o
Inicie o solucionador de acoplamento multiphysical e calcule, sucessivamente, o campo de fluxo de enchimento, o campo de temperatura e o processo de solidifica??o. Tempo de resolu??o típico: análise de enchimento por fundi??o sob press?o: 2 a 4 horas; análise de solidifica??o por fundi??o de baixa press?o: 4 a 8 horas (dependendo do número de malhas e da configura??o do hardware).
Pós-processamento dos resultados
Visualiza??o da sequência de enchimento, do campo de temperatura, da distribui??o da taxa de solidifica??o, da localiza??o de cavidades e poros, da fra??o volumétrica de gás residual e da distribui??o de tens?es. Extra??o de valores de critérios-chave (número de Niyama, fra??o volumétrica de gás residual, índice de sensibilidade à fissura??o térmica) e gera??o de relatórios de previs?o de defeitos.
Itera??o na otimiza??o do processo
Com base nos resultados da simula??o, ajustar os parametros do sistema de inje??o (área da entrada interna, posi??o do canal de transbordamento), os parametros de arrefecimento (caudal dos canais de arrefecimento, temperatura da água) ou os parametros do processo (temperatura de inje??o, velocidade de enchimento) e realizar uma nova simula??o para verifica??o, até que a previs?o de defeitos cumpra os requisitos de qualidade.
Parametros-chave de simula??o e condi??es de contorno
A precis?o da simula??o CAE depende em grande medidaA razoabilidade da defini??o das condi??es de contorno. Seguem-se os parametros-chave de simula??o calibrados por He Xin com base em dados reais de produ??o, de modo a garantir que o desvio entre os resultados da simula??o e os ensaios reais de moldagem se mantenha dentro de limites aceitáveis:
| Categorias de parametros | Nome do parametro | Valor típico / Intervalo | Impacto na precis?o da simula??o |
|---|---|---|---|
| Propriedades térmicas | A356 Temperatura da linha de fase líquida | 615 °C | Fatores que influenciam a determina??o do ponto de início da solidifica??o |
| Propriedades térmicas | A356 Temperatura da linha de fase sólida | 555 °C | Fatores que influenciam o ponto final da solidifica??o e o tempo de fecho dos canais de compensa??o |
| Propriedades térmicas | Calor latente de solidifica??o (A356) | 389 kJ/kg | Influência no tempo de solidifica??o e no cálculo do campo de temperatura |
| Interface | Pe?as fundidas – Coeficiente de transferência de calor do molde | 500 a 2000 W/m2·K | Influência direta na velocidade de arrefecimento e na sequência de solidifica??o |
| Interface | Moldes - Coeficiente de transferência de calor da água de arrefecimento | 3000–8000 W/m2·K | Fatores que influenciam o equilíbrio térmico do molde |
| artes e ofícios | Temperatura de fundi??o (A356) | 700~740 °C | Fatores que influenciam a capacidade de enchimento e o tempo de solidifica??o |
| artes e ofícios | Temperatura de pré-aquecimento do molde | 180~250 °C (fundi??o sob press?o) / 150~200 °C (baixa press?o) | Fatores que influenciam a integridade do enchimento e a velocidade de solidifica??o |
| artes e ofícios | Velocidade de enchimento na fundi??o por inje??o | 50 a 100 m/s (boca de inje??o interna) | Fatores que influenciam o volume de ar do rolo e a qualidade da superfície |
| artes e ofícios | Press?o de manuten??o de baixa press?o | 0,1 a 0,3 MPa | Fatores que influenciam a eficiência da retra??o e a tendência para a dilata??o |
| Critérios | Niyama – Valor limiar | < 0,8~1,0 √K·s/mm | Limiar de avalia??o da contrac??o; valores inferiores a este apresentam risco de contrac??o |
| Critérios | Fra??o volumétrica de gás residual | < 2% (pe?a de seguran?a) | Indicadores de quantifica??o de defeitos por poros |
| Critérios | índice de Sensibilidade à Fissura??o por Calor (HCS) | < 1,0 (baixo risco) | Limiares de avalia??o do risco de fissura??o por calor |
Perguntas frequentes sobre a tecnologia de simula??o CAE
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Envie os desenhos dos seus produtos e os requisitos de processo; os engenheiros da Hexin realizar?o, em simultaneo com a fase de conce??o do molde, análises de simula??o CAE e fornecer?o um relatório detalhado de previs?o de defeitos, bem como recomenda??es para a otimiza??o do processo — os custos da simula??o já est?o incluídos no servi?o de desenvolvimento de moldes, n?o havendo qualquer custo adicional.
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