關于高壓“噴射” MAGMA,Flow3D,ProCAST計算比較

對于高壓鑄造行業,均對充填過程中的流場結果提出質疑。他們認為高壓鑄造將出現“噴射”狀態。如附件中的動畫。除了Flow3D之外,其他的商業模擬軟件在充填階段均表現得平滑,沒有“天女散花”的現象,更像普通的重力鑄造。

高壓鑄造中是否真的出現“噴射”?

壓鑄中,平常所常見的所謂“半射”方法來校驗計算結果,這也是很多人想當然的認為只有“天女散花”才是真實的,但這種校驗方法是很不可靠的,因為這里存在金屬液射流的問題,壓鑄充型一般只在0.1秒級完成充型,以此可以計算金屬液(液滴)的速度,檢驗鑄造充型比較可靠的方法是射線透視方法,仔細比對X射線圖,哪位能發現“天女散花”的奇觀?

如果真的出現“噴射”現狀,模擬結果對實際

是否有本質的影響?

如果有影響,MAGMA和ProCAST也不可能成功推廣這么多年,這兩個軟件均不會出現“噴射”

誠然,我們無法得到類似這樣的噴射結果,但這并不意味著這樣的結果不可以正確預測在充填過程中出現的缺陷,例如卷氣,紊流,水紋等。

下文是這方面的一個比較:

壓鑄模(stevenjan提供)MAGMA,Flow3D,ProCAST計算比較,討論及請教

感謝stevenjan提供典型的壓鑄模實例(http://www.baisi.net/thread-736182-1-1.html),

感謝zhuzao(http://www.baisi.net/thread-765319-1-6.html),chinawang(http://www.baisi.net/thread-765319-2-6.html)利用Magmasoft進行分析,

感謝xmflow3D(http://www.baisi.net/thread-765319-3-6.html),xucaiwen(http://www.baisi.net/thread-736182-2-1.html)利用flow3d進行分析。

01 ProCAST模型

實體模型采用stevenjian提供的.stp模型,導入UG,切除了一點多出的邊角,為了便于劃分網格,將原來的整體模型剖分成兩個實體,然后導出為parasolid(.x_t)格式,使用Patran劃分成四節點四面體網格,將網格導出,用precast讀入并設置計算參數。鑄造材料為AlSi6Cu4,融液溫度為680度,進口速度為3m/s,使用了虛擬模具,材料為Steel-H13,溫度為180,使用了HPDC Filling的參數。

02 三種軟件計算結果比較

關于高壓“噴射” MAGMA,Flow3D,ProCAST計算比較的圖1
關于高壓“噴射” MAGMA,Flow3D,ProCAST計算比較的圖2
關于高壓“噴射” MAGMA,Flow3D,ProCAST計算比較的圖3
關于高壓“噴射” MAGMA,Flow3D,ProCAST計算比較的圖4
關于高壓“噴射” MAGMA,Flow3D,ProCAST計算比較的圖5

03 討論

很顯然,根據上述的結果,得出的結論不盡一致,甚至有相當大的區別。從ProCAST和Flow3D的結果得出的結論是,金屬液的流動相當不規則,排氣對模具是必需的,應該設置在中間薄壁區域。而根據MAGMASOFT的結果,可以看出金屬液的流動是規則的,不必要添加排氣孔。哪一個的結論是合理的?請討論,指教!

04 一些簡單的思考

根據直觀的感受和簡單的算例分析,金屬液(可暫時當作水)通過壁厚不同的區域時,應該先通過厚的區域,后通過薄的區域,所以,直觀感覺金屬液填充該模具時,不應該是均勻的,因為中間有局部厚度較大的肋條,金屬液應該先順著這些肋條填充。

1、可以看出這幾個計算都是在不同條件下進行的,因此不同軟件計算結果各不相同,前面我和chinawang的計算都是采用了MAGMA的HPDC模塊(高壓鑄造)進行計算,但chinawang加了排氣孔,所以他的流場計算比我的應該更可靠;原因是:MAGMAsoft計算的時候,如果不加排氣孔,是不計算背壓的,加了排氣孔,才會計算空型腔的氣壓;

2、鑄造條件下,有些“想當然”的水力學經驗并不適用,例如對稱條件、大孔流動等,這也是之前論壇里很多人覺得計算結果與自己想象不同而產生疑慮的原因所在,實際上這些特殊性在鑄件形成理論里已經講得很清楚了;

3、壓鑄中,平常所常見的所謂“半射”方法來校驗計算結果,這也是很多人想當然的認為只有“天女散花”才是真實的,但這種校驗方法是很不可靠的,因為這里存在金屬液射流的問題,壓鑄充型一般只在0.1秒級完成充型,以此可以計算金屬液(液滴)的速度,檢驗鑄造充型比較可靠的方法是射線透視方法,仔細比對X射線圖,哪位能發現“天女散花”的奇觀?

4、我始終認為,鑄造仿真不僅僅是軟件的計算,更重要的是對鑄造理論的深入理解,而不是計算對計算,陷入數值的“真實”與“準確”,本末倒置;

5、前面的探討很有意義,也是我之前計算這個例子的出發點,但我希望參與討論的不要憑主觀和想當然下結論,以免誤導后來者。

同一個物理問題在相同的邊界條件和初始條件下,一般只有一個確定的解。用PROCAST計算時,其實也沒有考慮排氣孔,假設排氣良好。所以 說,在這種情況下,有這么大的差異是不正常的。

無論是MAGMASOFT還是其他計算軟件,在處理金屬熔液的時候,其流動特性都視作不可壓縮牛頓流體,這也就是很多研究者使用水作為研究金屬熔液流動特性的 主要原因。

“天女散花”的現象確實罕見。PROCAST的計算和您的計算都能說明這一點。但是考慮到金屬液填充的方式對模具設計和確保產品質量都有重要影響。因此,這不僅僅是一個理論和數值問題,更有其工程應用價值。

錯誤的計算肯定對鑄造理論沒有深入理解,正式因為計算上出現了很大差異,這對掌握正確的理論有不利影響,更影響工程技術人員對模擬分析的信心。所以,我覺得對同一問題深入討論、求解,拿出有說服力的答案是相當重要的。而不能以邊界條件等因素作為差異的最終解釋。

來源:中鑄

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