Optymalizacja odlewu piaskowego za pomocą FLOW-3D CAST
Autorem tego wpisu jest Malte Leonhard z Flow Science Deutschland.
Celem symulacji odlewu jest przewidzenie wad odlewu i znalezienie środków naprawczych pozwalających uniknąć takich wad. Aby to osiągnąć, symulacja odlewania musi dokładnie przewidywać wyniki fizyczne. W tym artykule ilustrujemy walidację FLOW-3D CAST poprzez porównanie wyników symulacji z wynikami eksperymentów. Do tej walidacji wybraliśmy odlew aluminiowy ze znacznymi defektami porowatości. Stopień porowatości oznaczał, że odlew nie spełniał specyfikacji funkcjonalnej i został odrzucony.
Optymalizacja projektu odlewu i układu prowadnicy/podstopnicy wsparta symulacją
Aby sprawdzić, czy FLOW-3D CAST może wiarygodnie przewidzieć takie wady odlewu, przeprowadzono symulację istniejącego odlewu i wyniki porównano z rzeczywistymi wadami odlewu. Ten film pokazuje, że analiza defektów FLOW-3D CAST poprawnie odtworzyła defekty i ich położenie.
Wyniki symulacji sugerują, że korzystne może być odwrócenie kierunku odlewania, dlatego część odlewniczą obrócono w formie o 180°. Następnie zmodyfikowano układ prowadnicy i pionów tak, aby większość taśm została zintegrowana z prowadnicą („gorące piony”).
Dodatkowo wprowadzono zmiany konstrukcyjne odlewu, o których będziemy mówić w dalszej części artykułu, aby uzyskać ukierunkowane zestalenie do pionów i uniknąć porowatości odlewu.
Na koniec zastosowano dreszcze w obszarach o dużych nagromadzeniach masy, aby zredukować wady skurczowe.
Symulacja napełniania i krzepnięcia wykazała, że te działania znacząco zmniejszyły wady odlewów. Wyniki symulacji zostały ponownie potwierdzone za pomocą promieni rentgenowskich. W pobliżu „zimnych pionów”, czyli tych, które nie są zintegrowane z systemem prowadnic, nie wszystkich usterek można było uniknąć ze względu na niewystarczający rozmiar pionów.
W ostatniej wersji powiększono dwa ochładzalniki. Wprowadzono drobne zmiany konstrukcyjne odlewu, aby poprawić kierunkowość krzepnięcia.
W porównaniu z pierwotną konstrukcją znacznie poprawiono jakość odlewu i zmniejszono ilość złomu powrotnego. Zastosowanie chłodów poprawiło jakość w krytycznych obszarach odlewu. Ogólnie rzecz biorąc, proces odlewania jest teraz bardziej wydajny i opłacalny dla odlewni.
Modyfikacje konstrukcyjne odlewu
W wielu przypadkach optymalizacja systemu rynien i pionów nie wystarczy, aby osiągnąć wystarczającą jakość odlewu. Zamiast tego należy zmienić konstrukcję samego odlewu ze względu na „odlewalność”.
Projekt funkcjonalny odlewu często obejmuje nagromadzenie masy, które okazuje się problematyczne w procesie odlewania. Aby uzyskać mikrostrukturę wysokiej jakości, grubość ścianki powinna zawsze wzrastać w kierunku pionów, zgodnie z metodą modułu cieplnego.
Aby zilustrować wpływ modyfikacji konstrukcji odlewu, porównano dwie wersje geometrii z identycznymi układami prowadnic i pionów. Korekty pokazano na poniższym rysunku. Powiększono kilka grubości ścianek i żeber pomiędzy nagromadzeniami materiału.
W celach demonstracyjnych zbadane zostaną dwa zaznaczone żebra. W obu przypadkach na stykach powstają porowatości, co jest niedopuszczalne.
Zwiększając grubość ścianek żeber, złącza łączy się z podajnikami sąsiadującymi z krawędzią odlewu i uzyskuje się krzepnięcie skierowane w kierunku nadlewów.
Film pokazuje duże porowatości w pierwotnej wersji po lewej stronie, spowodowane dużymi gorącymi punktami w odlewie, gdzie skurcz wywołany krzepnięciem powoduje deficyt.
W zoptymalizowanej wersji po prawej stronie stop krzepnie w kierunku pionów. Oznacza to, że deficyt może zostać zrekompensowany przez nadlew, a w odlewie nie powstaje porowatość.
Ta walidacja pokazuje dobrą korelację między rzeczywistością a symulacją w FLOW-3D CAST . Oprogramowanie jest skutecznym narzędziem do opracowywania odlewów, systemów odlewniczych, wymiarów/kształtów podajników i procesów odlewniczych w celu zapewnienia optymalnej jakości i wydajności.
