Flow-3D鑄造分析：充型、凝固
關注創建者：MrYu 創建時間：2016-06-16
Flow-3D鑄造分析：充型、凝固的視頻教程
Flow-3D鑄造分析：充型、凝固的實例教程
1.東北大學材料科學與工程學院；2.華晨寶馬汽車有限公司
摘要
使用FLOW-3D軟件對3種不同結構的鑄件進行低壓鑄造充型過程模擬，分析了增壓速度和鑄件結構對充型過程中卷氣量的影響。由模擬結果分別選擇卷氣最嚴重和充型最平穩的兩種結構來進行生產試做，并對其進行了拉伸試驗研究，分析了卷氣含量對力學性能的影響。
1.試驗方法
主要觀察鑄件結構和增壓速度對充型過程的影響，因此，設計了3種不同結構的簡單模型，見圖1。鑄件的尺寸為280 mm×150 mm×30 mm，3個平板型鑄件中心位置分別具有不同高度的下落式（waterfall）結構，其下落高度分別為0、15和30 mm，以此來考察下落式結構對鑄件質量的影響。
圖1 具有3種不同下落式高度的模型
使用FLOW-3D軟件，對3種不同模型和不同充型壓力進行了模擬。應用軟件中的卷氣模型，對不同方案充型過程中的卷氣量進行分析。具體方案的編號見表1
表1 不同模型和不同增壓速度的方案編號
根據模擬結果，選取卷氣量最大和最小的模型，進行生產試做。并對生產的鑄件進行鑄態力學性能分析，每個鑄件取4個M6的拉伸式樣，取樣位置見圖2，每種模型分析6個鑄件，共24個拉伸樣品，拉伸試驗采用國際標準DIN EN ISO 6892-1。取力學性能最低的樣品，用SEM進行斷裂面分析，分析降低力學性能的根本原因。
圖2 拉伸試樣取樣位置示意圖
2.試驗結果與討論
2.1 確定分型面
以V3.1方案為例，觀察充型過程中的卷氣的分布情況，如圖3。
展開 三維鑄件充型及凝固數值模擬軟件包（簡稱FT－Star）是具有自主版權的真三維鑄造過程數值模擬軟件包。它可在586 微機和工作站上運行，分別采用WINDOWS和MOTIF圖形界面，對用戶友好。國內專家評價認為主要功能在國內處于領先地位，已達到國際先進水平。
FT－Star可以通過SLA文件接收各大型通用CAD軟件，如CADDS、Pro/E、IDEAS、Autocad、UG等的造型文件進行鑄造過程分析，FT－Star具有以下主要技術特點：
⑴在實驗室及生產性試驗基礎上，建立了多熱節定量預測鑄件縮孔新方法及定量預測球墨鑄鐵縮孔新方法；
⑵采用并改進SOLA/VOF三維流場數值分析方法，提出三維自由表面處理新方法，并提高了運算速度；可以進行充型過程三維流動分析；
⑶采用有限差分/有限元方法集成的技術路線， 能夠分析鑄件的溫度場、應力場和殘余應力；
⑷建立鑄鐵結晶凝固生核及生長模型及微觀組織與機械性能關系的數學方程，初步實現了對球鐵三維微觀組織及鑄態機械性能進行模擬分析；
⑸建立了并行工程環境下的鑄造CAD/CAE集成系統；
⑹在實驗室完成壓鑄及低壓鑄造過程數值模擬功能模塊；商品化后將成為FT－Star的另一個主要功能。
FT－Star已在國內近40家單位得到應用，已成為鑄造工作者在優化鑄造工藝設計，校核工藝方案，預測及控制鑄件質量及新產品研制等方面的得力助手，并取得了顯著的經濟及社會效益。
展開 「FLOW3D鑄造仿真」「壓鑄模具」「鑄造模具」「鑄造模具設計優化」
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優化鑄造方案，提前發現鑄造缺陷，優化澆道設計（進澆截面積、型腔內部速度）、排氣設計、渣包設計、冷卻設計（防止產品變型）、滑塊方案。「鑄造方案」「排氣」「渣包」「冷卻」
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展開 微縮孔特性的模流分析，在FLOW3D軟件里面，是9.x版本新增加的一個功能，這個功能對于壓鑄領域來說是沒什么用處的，但對于鑄造方面是非常重要的。
對于低壓鑄造與重力鑄造等收縮系數較大的成型工藝，就需要分析凝固過程與微縮孔缺陷的分布問題。低壓鑄造與重力鑄造的收縮系數是較大的，一般是2%左右的，所以需要通過凝固過程而考慮補縮問題，從而分析縮孔的問題。而因為鑄造收縮系數大，單單分析凝固過程是不夠的，還要進行微縮孔的分析，從而判定微縮孔與針孔等細小缺陷問題。
因此，對于低壓鑄造與重力鑄造等鑄造方面，需要溫度場、凝固場與微縮孔缺陷場，而并不需要分析表面缺陷場。
對于壓鑄方面，因為壓鑄的收縮系數小，差不多為0.6%，所以壓鑄的組織性較為致密，從而不可能出現微縮孔、針孔的問題。一般通過分析表面缺陷就可以判定氣孔或冷紋等缺陷問題就可以的。
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使用FLOW-3D軟件對3種不同結構的鑄件進行低壓鑄造充型過程模擬，分析了增壓速度和鑄件結構對充型過程中卷氣量的影響。由模擬結果分別選擇卷氣最嚴重和充型最平穩的兩種結構來進行生產試做，并對其進行了拉伸試驗研究，分析了卷氣含量對力學性能的影響。
1.試驗方法
主要觀察鑄件結構和增壓速度對充型過程的影響
FLOW-3D CAST 為金屬鑄造工藝提供完整的流動和熱解決方案。該仿真提供了對鑄件的填充和凝固的詳細仿真分析，同時跟蹤不同類型的判據，如：充型、凝固、孔隙、表面氧化物、夾帶的空氣和卷氣、熱應力和變形等各種缺陷。 FLOW-3D CAST 還可以分析模具的熱平衡以及其他性能，FLOW-3D CAST 可以模擬砂芯發氣，甚至可以模擬鋁液除氣等。仿真分析優化可縮短模具的開發時間，加快產品上市時間并提高產量
FLOW-3D CAST 為各種金屬鑄造工藝提供完整的流動和熱解決方案。該仿真提供了對鑄件的填充和凝固的詳細仿真分析，同時跟蹤不同類型的指標，如：充型，固化，孔隙，表面氧化物，夾帶的空氣和卷氣，熱應力和變形等各種缺陷。 FLOW-3D CAST還可以分析模具或模具的熱曲線以及其他性能，例如 FLOW-3D CAST的芯體充氣。仿真分析優化可縮短模具的開發時間，加快產品上市時間并提高產量。
鑄造仿真案例原文附件下載（論文附圖）
生產高品質鑄件
可以使用核心氣體模型分析核心氣體流量，粘結劑重量分數和脫氣率等結果選項
鑄造廠必須進行大量的前期工程，以確保在第一次試驗中達到鑄件質量。近年來，用于模擬金屬流動，凝固，微觀組織演變和殘余應力的數值工具已經變得司空見慣。然而，一個尚未徹底解決的鑄造缺陷是常見的核心氣體吹脹缺陷。這個問題的物理過程涉及金屬，核心和粘合劑之間復雜的相互作用
案例原文附件下載（論文附圖）
熔模鑄造工藝是公元前4000年左右流行的最古老鑄造工藝之一。它涉及將液態金屬澆鑄到圍繞消耗性（蠟）圖案創造的陶瓷殼模中。此前它被用來生產金，銀，銅和青銅合金的珠寶和偶像。1897年，投資鑄造過程作為一種現代工業流程被使用，當時牙醫開始使用它制作冠和鑲嵌物，如1897年愛荷華州議會布拉夫斯的巴納巴斯弗雷德里克菲爾布魯克所描述的那樣。在二十世紀40
本文由Shiloh Industries的 Alex Reikher博士撰寫
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優化鑄造方案，提前發現鑄造缺陷-將CFD（FLOW3D）分析集成到壓鑄工藝設計中
在今天的市場中，組織面臨著來自老的，成熟的和新的快速增長的經濟體的越來越大的壓力。市場的全球化迫使企業尋找維持其競爭優勢的渠道。互聯網技術的快速發展和信息的自由交換是一些縮短企業持續競爭優勢的因素
微縮孔特性的模流分析，在FLOW3D軟件里面，是9.x版本新增加的一個功能，這個功能對于壓鑄領域來說是沒什么用處的，但對于鑄造方面是非常重要的。
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