金屬重力鑄造的案例
ProCAST在金屬型重力鑄造充型和模具溫度場中的應用
金屬型模具熱平衡狀態是影響鑄件質量及模具壽命的關鍵因素,模具的溫度場決定了模具承受熱應力的程度.運用有限元分析軟件ProCAST對金屬型重力鑄造中模具溫度場進行了連續鑄造過程的熱分析,研究了自然冷卻條件和強制冷卻條件對模具溫度場的影響.結果表明,多周期循環澆注時,隨著循環澆注次數的增加,溫度是不斷變化的,當循環澆注7次后,模具內部建立了相對穩定的溫度梯度,模具逐漸達到了熱平衡狀態.
作 者： 汪煦 趙玉濤 蘇大為 周堃 WANG Xu ZHAO Yu-tao SU Da-wei ZHOU Kun
作者單位： 江蘇大學材料科學與工程學院,江蘇鎮江,212013
刊 名： 鑄造
英文刊名： CHINA FOUNDRY
年，卷(期)： 2008 57(12)
分類號： TG249.3-39
關鍵詞： 金屬型重力鑄造 模具 充刑模擬 熱平衡 溫度場
ProCAST在金屬型重力鑄造充型和模具溫度場中的應用.pdf
展開 鑄造技術：金屬型重力鑄造澆注系統 合理與否差別驚人
金屬型鑄造工藝，在機械制造領域的應用不斷擴大，其中以鋁合金鑄件應用最為廣泛。因此本文重點探討和簡述鋁硅系合金鑄件的金屬型結構及澆注系統的相關問題。
鋁合金重力鑄造有其固有的特點。金屬型冷卻速度快，對鑄件有較強的激冷效果，鑄件晶粒細化，組織致密，有較高的綜合力學性能，尺寸精確，表面光潔，質量得到提高，影響鑄件質量的不確定因素有所降低，特別適合大批量的生產。結構良好的金屬型，可做到最大限度地減少加工余量和冒口尺寸，而工藝出品率和毛坯利用率，較普通的砂型重力鑄造有所提高，使鑄件的成本相對下降，可改善普通砂型鑄造對環境的污染狀況和工人的勞動條件。綜上所述，盡管目前鋁合金的鑄造有很多的鑄造工藝，但金屬型重力鑄造工藝，因其靈活性、通用性及較低的成本仍具有特定的優勢，占有一定的位置。
1．金屬型的澆注系統
在金屬型型腔結構良好的基礎上，澆注系統設計的正確與否，對鑄件的質量及工藝出品率將產生重要的影響。
澆注系統的設計原則如下：
（1）鑄型內熱分布合理，便于定向凝固，使鑄件得到充分補縮。
（2）澆注系統應盡量縮短，簡單而又不失其功能完整性。
（3）金屬液經澆注系統應平穩地注入型腔，不應有沖擊、渦流、飛濺，有效阻止金屬液的二次氧化。
（4）在澆注過程中應利于型腔排氣和撇渣。
（5）在確保質量的前提下，最大限度地提高工藝出品率并為鑄件的清理工序創造有利條件。
（6）應是開放式澆注系統。
任何形式的鑄造工藝，只要是重力鑄造，它定向凝固的表現是自下而上的結晶凝固，充分利用上面設置的冒口對鑄件進行補縮。
展開 發兩篇關于重力鑄造和消失模鑄造的文章
這兩片文章是procast在鑄造模具設計和消失模鑄造中的應用，希望對大家有所幫助。
Gravity die casting proc.pdf
Lost Foam.PDF
ProCAST重力砂型鑄造仿真案例操作 ￥9.9
導入模型（導入模型的存在路徑必須為英文路徑），然后建立砂箱，模擬鑄造的砂型，注意：砂箱的頂部必須和進澆口保持平齊。其次檢查模型問題，有問題可通過軟件進行自動修復。
2. 按從左到右的順序進行操作，檢查模型問題，有問題進行自動修復。
a檢查并修復面聯通的問題，本文無問題。
b檢查并在體交叉處剪切，本文無問題。
c裝配，將砂箱和鑄件的進澆處裝配為同一面。
d劃分面網格，對鑄件和砂箱的網格分別進行劃分處理，鑄件網格尺寸設置為8mm，砂箱尺寸設置為2mm，劃分面網格。如圖所示面網格數量為21830。
e檢查面網格問題，進行自動修復。
f生成體網格，數量為204660，最終網格數量為226490，網格數量適中。
Cast模塊（從左至右進行參數設置，重力方向-材料屬性-換熱系數-邊界條件-檢查-計算）
a重力方向為+X方向，因為是重力鑄造，所以澆鑄方向設置為鑄件從上到下的自然重力方向。
b設置材料屬性，鑄件設置為Alloy，材料選擇鋁合金，初始充型為0，初始溫度為720攝氏度，砂箱的材料為Green Sand，初始充型為100，初始溫度為25攝氏度，應為都不需要進行應力計算，所以設置為剛體減小運算量。
C設置換熱系數，由于鑄件和砂箱的材料不一致，設置換熱類型為COINC，換熱系數500.
d定義進澆口和砂箱與外界的換熱，充型時間設置為10s，充型溫度為720攝氏度，砂箱與外界和換熱設置為空冷，即自然冷卻。
e數據檢查，黃色感嘆號可忽略，紅色叉號不可忽略。
f提交計算，保存目錄不可有中文路徑，求解器根據電腦自行配置。
Viwer模塊
下圖所示的為溫度場模擬結果。
展開 
壓鑄模熱變形分析
壓鑄模熱變形分析
壓鑄以及金屬型重力鑄造，在生產中，受到了周期性的溫度載荷。模具變形主要是脹型力與熱載荷的共同作用，分析模具的熱變形，就需要將兩者結合起來進行分析，以發現模具在使用過程中的變形趨勢。
多年來，由于模流軟件，主要關注金屬液的充型與凝固過程，而對于模具，分析的最多只是循環過程中獲得的穩態溫度場。Cast-Designer v7.5 去年推出全新模塊CDPE，全稱（Cast-Designer Performance）。該模塊采用了固體力學的三維非線性有限元求解器。經過一年的應用，CDPE的分析對象從鑄件，延伸到了模具和后加工過程的力學分析。
模具結構與熱成像結果
利用結構力學分析軟件，分析模具熱變形，顯示模具張開量達到0.3mm
缺陷：
模具熱變形，產生的缺陷很多。1）飛邊，2）模具錯位影響壓鑄件精度，3）后加工量增加，4）還有可能出現導柱與導套、側抽芯與滑塊、推出機構運動零件“卡滯”現象，4）模具熱變形還會使模具在熱態出現“噴料”，無法保證壓鑄件的內部質量。
工程應用：
今天，C3P Cast-Designer CDPE，不僅只有充型凝固，還能結合完整的周期，分析模具熱變形。而且全面支持六面體元素，網格劃分非常簡單，一鍵生成。
以下金屬型重力鑄造案例：
可見在俯視方向，中部變形量約為3mm
側視方向，變形量約為1.5mm
四缸發動機壓鑄件，模具熱變形分析：
整體模具結構
左側為模具熱變形量
右側為等效應力結果
對于CDPE，有很多的意想不到的延伸應用。不知道是否算“前沿應用”，僅供有需求的朋友們參考。
展開 干鑄造學金屬，廢鋼18種常存元素每個鑄造人的必修課
金屬元素在鑄造生產就像我們炒菜一樣，有些是主材，有些是輔材。現在，幾乎所有的鑄造廠都在用廢鋼加回爐料，或廢鋼加生鐵的混合配組方來生產鑄件。
所以，了解廢鋼中的常存元素就成為每名鑄造人必修的功課。下面是金屬元素的介紹，希望能幫助到大家。
為了改善和提高鋼的某些性能和使之獲得某些特殊性能而有意在冶煉過程中加入的元素稱為合金元素。常用的合金元素有鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、硅、錳、鋁、銅、硼及稀土等。磷、硫、氮等在某些情況下也起到合金的作用。
（1）Cr 鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。含量超過12%時，使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用，還增加鋼的熱強性。鉻為不銹鋼耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。
鉻能提高碳素鋼軋制狀態的強度和硬度，降低伸長率和斷面收縮率。當鉻含量超過15%時，強度和硬度將下降，伸長率和斷面收縮率則相應地有所提高。含鉻鋼的零件經研磨容易獲得較高的表面加工質量。
鉻在調質結構中的主要作用是提高淬透性，使鋼經淬火回火后具有較好的綜合力學性能，在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物，從而提高材料表面的耐磨性。含鉻的彈簧鋼在熱處理時不易脫碳。鉻能提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性，有良好的回火穩定性。在電熱合金中，鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強度。
（2）Ni 鎳在鋼中強化鐵素體并細化珠光體，總的效果是提高強度，對塑性的影響不顯著。一般地講，對不需調質處理而在軋鋼、正火或退火狀態使用的低碳鋼，一定的含鎳量能提高鋼的強度而不顯著降低其韌性。據統計，每增加1%的鎳約可提高強度29.4Pa。隨著鎳含量的增加，鋼的屈服程度比抗拉強度提高的快，因此含鎳鋼的比可較普通碳素鋼高。
展開 Anycasting資料下載:重力鑄造資料
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案例 | 重力鑄造澆注系統的氣泡追蹤
重力鑄造澆注系統的氣泡追蹤 Bubble tracking in a gravity die casting ingate system
公司：HYDRO Aluminum，作者：Andreas Buchholz
創立于 1903 年的 Hydro Aluminum, 是全世界最大的高純鋁生產公司，也是全世界第三大的綜合鋁制品生產公司，公司總人數達三萬六千人，在全世界四十個國家均設有辦事處。本文應用 FLOW-3D CAST，討論在重力鑄造過程中，進料區域的卷氣形成原因。
模具本體說明
澆注系統
澆口設計
澆口由流道底部與鑄件相連，每個澆口的中間位置設計氣泡聚集區。
模具本體的連接位置說明
問題描述
1. 鑄件凝固后在gate1與 gate2之間的區域發生縮孔缺陷
2. 希望以FLOW-3D CAST 了解縮孔發生的原因
檢討
鑄件縮孔發生的原因
1. 凝固過程中鑄件收縮造成縮孔
? FLOW-3D CAST 凝固分析確認了該位置的孔洞并非凝固形成的縮孔。
2. 氫氣析出造成氣孔
? 成型前對材料進行了前處理，排除這個因素。
3. 砂芯產生氣體造成氣孔
? 如果是砂芯產生氣體，氣體位置應該是均勻分布，而非聚集一處。
4. 澆注過程中卷入氣體
?
可能原因1. 澆注過程中在澆道區域造成氣體被『吸入』金屬液內。
可能原因2. 金屬液在澆道流動過程中將氣體『帶入』鑄件。
展開 重力鑄造：冒口數據庫（支持保溫、發熱冒口）
智能冒口已經形成了一整條設計鏈，包括：類型、位置和大小的確定、冒口位置的優化、冒口數據庫、手工冒口、冒口庫存管理
C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設計與分析的經驗。雖然是點點滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
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重力鑄造：自動尋找最佳冒口位置
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鋁合金重力鑄造皮下氣孔與ProCAST理論數據對比分析
鋁合金重力鑄造其中最重要的缺陷就是卷氣夾渣。而如何在設計階段去識別此次工藝設計是否存在皮下氣孔的缺陷，是我們工程技術人員所要做的工作。今天我們就用實例來分析鋁合金端蓋的皮下氣孔產生的情況，與之對應的流速關系。為我們后期設計提供良好的實踐中來的數據。
首先圖片中顯示的是鑄件工藝布置，澆口從高處落下向鑄件填充鋁液。我們一般認為，采用頂注式的鑄件，鑄件高度不應該大于150mm。而我們的鑄件加上流道高度達240mm。從理論上已然違反了鑄造工藝原則。接下去我們看看實際生產的產品：
從鑄件圖片上看，結合生產實際。鑄件在鑄造完畢后鑄件表面看不出有問題，但在拋丸之后，鑄件表面出現皮下氣孔。該皮下氣孔在機加工面時，加工面依舊存在孔洞，表明該皮下氣孔分布的區域是在鑄件表面0-3mm范圍之外，有可能在4mm的地方。下面看看模流分析的流場分布：
經過ProCAST模擬分析，圖示部分為流速大于0.5m/s的區域，小于0.5m/s已經被我隱藏掉，方便觀察鑄件最大流速區域。根據實際照片和流速過大的集中部位，我們可以得出的經驗是：澆注的瞬間流速大于0.5m/s的區域過多時，鑄件極容易產生卷氣缺陷，從而造成皮下氣孔缺陷。也就是我們可以反過來得出經驗：以后我們設計的產品，只要流速過大的區域太多，就可能有皮下氣孔的風險。
從ProCAST的氣孔分析模型中，我們也能精確找到皮下氣孔的發生部位。
來源：ProCAST鑄造模擬
展開 
鑄造當中金屬液與鑄型的相互作用
金屬液在充填鑄型和凝固過程中，與鑄型發生熱的、物理的、化學的和機械的作用。由于這些作用，鑄件可能產生夾砂、砂眼、氣孔、粘砂、表面氧化或脫碳等鑄造缺陷。
1:熱作用
1）、鑄型水分遷移和鑄型強度的變化 砂型表面層中的水分受熱蒸發后，在砂型內層的空隙中凝結，并由溫度高處向低處移動，鑄型強度隨之發生變化
2）、鑄型產生膨脹和應力變形 鑄型被加熱時的膨脹和應力不僅與鑄型本身的材質、加入的黏結劑和附加物的種類有關，同時與加熱溫度、加熱速度以及膨脹時的外界條件等因素有關。當砂型表面層受熱膨脹而產生的熱應力超過水分凝聚區的熱濕強度時，砂型表層拱起開裂，是造成鑄件夾砂的主要原因。
型砂中加入煤粉、渣油、木屑等物質可提高砂型的退讓性，降低熱壓應力；采用鈉基膨潤土或將鈣基膨潤土進行活化處理可提高型砂的熱濕拉強度。
2：物理、化學作用
金屬液與鑄型之間的物理、化學作用表現為，鑄型中水分蒸發和有機物燒失、碳酸鹽分解等而產生大量的氣體；金屬液滲入鑄型表面空隙；金屬液與鑄型材料在高溫下發生化學反應而形成低熔點的化合物等。這些作用使鑄件產生氣孔、粘砂以及鑄件表面氧化或脫碳等缺陷。
1）皮下氣孔
濕型鑄造薄壁碳鋼、球墨鑄鐵和銅合金鑄件時，易在表面下1-2MM處產生直徑1-3MM、長2-10MM的皮下氣孔。
碳鋼鑄件產生皮下氣孔的原因是，鋼液與水蒸氣接觸生成氫和氧化鐵，一部分氫擴散進入鋼液，外層氫的濃度增加，氧化鐵與碳發生反應生成的一氧化碳不溶于鋼液，在凝固的金屬和夾雜物表面集聚成為氣泡的核心。鋼中的氫不斷析出，并進入一氧化碳氣核中，使氣泡沿晶體方向長大，形成下氣孔。
防止碳鋼鑄件產生氣孔的方法是，鋼液充分脫氧、去氣；加鋁脫氧時，鋁量要有適當余量；嚴格控制型砂的水分，必要時采用干型或表干型。
展開 Moldex3D模流分析金屬脫蠟精密鑄造之異型水路設計
為什么使用異型水路?
異型水路是一種特殊的冷卻水路設計。冷卻水路的配置可以做到幾何變化非常彈性與復雜。對于射出成型的主要的幫助是可以縮短成型周期時間(可達20 ~ 60%)、提升產品尺寸精度、改善表面凹痕…等。異型水路的定義是指模具內用來進行冷卻或加熱的水路是隨著模具的成品表面保持一定距離，以利有效的控制與管理模具的溫度條件。在幾何復雜的產品中，此種水路設計將可以有效移除傳統水路無法深入或到達區域的積熱。因此，提供更好的冷卻效率、縮短周期時間而降低生產成本，幫助提升產品質量等優點，是我們采用異型水路的主要原因。
挑戰
? 如何減少塑件射出成型中常見的問題，包含凹痕、翹曲、周期時間過長等
? 優化冷卻水路系統的設計以達到模溫差與翹曲變形量最小化的需求
? 改善冷卻效率 (幫助用戶達成產品的質量要求)
Moldex3D 解決方案
? 預測要達到期望的成型周期時間所需要的冷卻液流率為何
? 預測冷卻水路設計中可能發生的壓力損耗問題
? 避免冷卻水路設計中有渦流/死水的區域
? 透過真實三維的網格技術來模擬隔板與噴泉水路的設計
展開 華鑄cae軟件在金屬型鑄造中的應用(一)
摘要:隨著計算機硬件水平的提高,鑄造ｃａｅ軟件對實際生產的指導作用越來越顯著。本文介紹了華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊的基本功能和原理,并給出了在鋁合金輪轂鑄件上的應用實例,應用表明該軟件能夠準確地預測鋁合金輪轂鑄件中的縮松縮孔等鑄造缺陷,輔助工藝人員進行工藝優化,指導實際鑄件生產。 關鍵詞:華鑄ｃａｅ;金屬型;鑄造缺陷
鑄造過程數值模擬技術是利用計算機技術來改造和提升傳統鑄造技術,對降低產品成本、提高鑄造企業競爭力有著不可替代的作用,它的應用和推廣必將為鑄造行業帶來很大的經濟效益和社會效益。
國內外許多通用的商品軟件如德國的ｍａｇｍａ、美國的ｐｒｏｃａｓｔ、ｆｌｏｗ 3ｄ、清華大學的ｆｔ ｓｔａｒ、華中科技大學的華鑄ｃａｅ等都能夠有效地預測鑄件縮孔類缺陷,其準確性基本上達到了定量的程度。充型過程的數值模擬其理論和算法也趨于完善,對充型過程類缺陷如澆不足、冷隔、卷氣、夾渣等也能夠進行有效的定性的預報。對于應力場以及組織模擬也取得了一些可喜的進展。下面先介紹華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊的原理和基本功能,在此基礎上介紹其應用實例。
1 華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊概況
金屬型鑄造有其自身的特點,這些特點在數值模擬軟件中要加以考慮。下面將談談如何利用華鑄ｃａｅ軟件優化鑄件工藝的流程、華鑄ｃａｅ軟件的數學模型以及華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊的基本功能。
1 1 利用華鑄ｃａｅ軟件優化工藝流程
鑄造過程數值模擬軟件一般包括前置處理模塊、計算分析模塊以及后置處理模塊。前置處理模塊包括對鑄件、砂芯、冷鐵以及鑄型等的三維造型和網格剖分;計算分析模塊是對鑄件/鑄型系統的各物理場進行求解;后置處理模塊是把計算結果以曲線、圖形、圖像以及動畫等表達方式直觀有效地表達出來。
展開 Moldex3D模流分析之金屬脫蠟精密鑄造制程
為什么使用金屬脫蠟精密鑄造?
射出成型制程能以單一工法大量生產結構復雜的產品，從塑料、含玻璃纖維的復合材料到金屬材質，都可以透過射出成型進行量產，滿足大部分的設計需求且廣受業界青睞。針對難以加工的金屬材料，業界則常使用脫蠟法(或稱為包模鑄造法)來滿足金屬鑄件對精密度和表面亮度的要求。目前脫蠟精密鑄造已廣泛應用于各式產品，舉凡高爾夫球頭、醫療人工關節或是機械五金件，特別可應用在針對強度和抗腐蝕要求較高的管閥制品及航天、船用及車用渦輪部件。這個特殊制程可以成功協助業者大幅降低二次機械加工成本。
挑戰
脫蠟精密鑄造主要涵蓋六個步驟：1)蠟經過射出成型成蠟模 2)蠟模塊合成蠟樹3)形成殼模 4)脫蠟 5)將金屬液注入殼模后凝固 6)敲破殼模得到鑄件毛胚。蠟模的外觀和尺寸會直接影響殼模能否生產合乎規格的鑄件，此外蠟模生產的效率也會影響大量鑄造的能力。然而蠟模的制程仍存在許多問題和挑戰，例如：充填不飽滿、流痕、凹陷及變形等等，這些問題通常必須經由二次加工來修復，導致額外的生產時間和成本支出。
Moldex3D 解決方案
蠟的性質與射出成型常用的塑料和鑄造金屬不同，因為具有較大的體積收縮率，蠟模容易發生收縮問題，這也是脫蠟過程中頭痛的問題之一。蠟同時也是熱的不良導體，因此蠟模容易發生固化不足以及產生表面凹痕缺陷。
Moldex3D脫蠟精密鑄造解決方案(見圖一及圖二)，提供塑料成型之外的模具設計解決方案，從塑料成型拓展到精密鑄造領域，可幫助精密鑄造業者進行射蠟成型條件優化，降低成型過程潛在缺陷的發生機率，準確預測蠟模收縮后的尺寸，達到模具尺寸的優化。除此之外，Moldex3D設有專業的材料實驗室 ，具備全方位的材料檢測能力，包含：黏度、體積膨脹率、熱傳導系數、比容及比熱等蠟的特性量測，提供產業界一個全方位的脫蠟精密鑄造解決方案。
展開 