CAE (Strömungssimulationstechnik) für Gießereianwendungen

Mit der Entwicklung von Computersoftware, künstlicher Intelligenz, der Genauigkeit und Glaubwürdigkeit von Simulationsanalysesoftware ist die Anwendung von Formflussanalysesoftware in der Gießereiindustrie heute mehr und mehr verbreitet. Die CAE-Simulationstechnologie ist bei der Entwicklung von Gussformen und der Produktherstellung weit verbreitet. Mit dem Durchbruch der numerischen Rechentechnik und der parallelen GPU-Technologie ist der moderne Gießereiprozess in das Zeitalter der digitalen Simulation und des physikalischen Experiments mit Zweiradantrieb eingetreten. Dieses Papier basiert auf der Arbeit des Autors im Bereich Hochdruck/Niederdruck/ Schwerkraftguss Auf der Grundlage von 23 Jahren Erfahrung auf diesem Gebiet und in Kombination mit typischen Prozessbeispielen bietet es eine eingehende Analyse der wichtigsten Punkte bei der Anwendung der Mold Flow CAE-Technologie in der tatsächlichen Produktion.

Grundlagen der Gießsimulationstechnik und technische Randbedingungen

Der Gießprozess ist im Wesentlichen ein instationärer Wärme- und Stoffübertragungsprozess von geschmolzenem Metall unter komplexen Bedingungen, und seine numerische Simulation erfordert die Aufstellung eines dreidimensionalen gekoppelten Modells, das die Navier-Stokes-Gleichungen, die Energieerhaltungsgleichung und die Gleichung für den Phasenübergang der Erstarrung enthält. In der technischen Praxis sind insbesondere die folgenden Schlüsselparameter hervorzuheben:
Schnittstelle Wärmeübergangskoeffizient: Messdaten und Software-Standardwert Abweichung bis zu 40%, müssen die Wärmefluss-Sonde für die Vor-Ort-Kalibrierung verwenden
Rheologische Eigenschaften der Schmelze: Druckguss Aluminium Signifikant nicht-newtonsche Flüssigkeitseigenschaften in der Hochgeschwindigkeits-Füllphase
Kompensation der Erstarrungsschrumpfung: dynamische iterative Berechnungen in Verbindung mit Datenbanken für thermophysikalische Eigenschaften von Legierungen sind erforderlich

Gießerei-Simulation CAE Mainstream-Software

Bei der CAE-Technologie für die Formströmung handelt es sich um eine auf Computertechnologie basierende Flüssigkeitssimulationstechnik, die mathematische Modelle und Algorithmen zur Simulation und Analyse von Flüssigkeitsströmungen verwendet. Im Bereich des Gießens kann die Formströmungs-CAE-Technologie den Füll- und Erstarrungsprozess metallischer Flüssigkeiten in Formen simulieren, einschließlich der Durchflussrate, der Druckverteilung, der Änderungen im Temperaturfeld usw., um den Ingenieuren zu helfen, den Gießprozess besser zu verstehen und zu steuern.

Magmasoft

MAGMASOFT Software ist eine CAE-Simulationssoftware, die von einem deutschen Unternehmen entwickelt wurde, das sich auf die Gießereiindustrie spezialisiert hat. Die Software kann das Richtige sein Gießen Umfassende Simulation und Analyse von Formfüllung, Erstarrung, Abkühlung, Wärmebehandlung, Spannung und Dehnung. Durch die Simulationstechnik der Software wird der komplexe Gießprozess digitalisiert und visualisiert, was für die Gießer leichter zu beobachten und zu verstehen ist. Gleichzeitig ist die Berechnungsgeschwindigkeit schneller, fast ein Arbeitstag. Dünnwandige Teile sind kein Problem (FLOW3D bereitet bei dünnwandigen Produkten Kopfzerbrechen), die Wärmeschrumpfergebnisse der Software sind genau, aber der Softwarefluss ist nicht so gut wie bei flow3d und procast.

Typische Anwendung: Kfz-Achsschenkel Niederdruckguss Prozessoptimierung
Vorteil: Die einzigartige "Dual-Grid"-Technologie sorgt für einen effektiven Ausgleich der Berechnungseffizienz (3 Millionen Raster in 8 Stunden).
Einschränkungen: Abweichungen bei der Durchflussvorhersage für komplexe Gießsysteme müssen manuell korrigiert werden.

Fluss3d

FLOW3D wurde in den Vereinigten Staaten entwickelt und ist weit verbreitet. Es ist eine Allzweck-Software, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie, beim Metallguss, bei Beschichtungen, Konsumgütern, Mikro-Tintenstrahlköpfen, in der Schifffahrt, bei MEMS, in der Hydraulik usw. weit verbreitet ist. FLOW3D wird beim Druckguss mit sehr hoher Genauigkeit eingesetzt, mit vernünftigen Parametereinstellungen, und die Strömungsgenauigkeit kann mehr als 90% erreichen. FLOW3D verwendet eine sehr wichtige strömungsdynamische Methode, wie z.B. eine verbesserte Stabilität und einzigartige FLOW3D ist einfach zu bedienen, mit wenigen Schnittstellen und Prozeduren, was eine gute Eigenschaft ist. Der einzige Nachteil ist, dass die Berechnungszeit länger ist, in der Regel ein bis drei Tage. Wenn das Produkt sehr groß ist (500mm*400mm*300mm), dauert die Berechnung fast vier Tage. Und auch die Anforderungen an die Netzverarbeitung sind höher. Verglichen mit der koreanischen Software Anycasting ist die Ausgestaltung des Flusses nach allgemeiner Meinung ähnlicher. Aber die Genauigkeit der Details ist viel höher als bei Anycasting.

Fallvalidierung: ein Gussstück aus einer Titanlegierung für Raumfahrzeuge, gewalzt, mit einer Vorhersagegenauigkeit für Luftfehler von 93%
Vorteil des VOF-Algorithmus: Nachführfehler der freien Oberfläche <0,2 mm bei dünnwandigen Teilen
Berechnete Kosten: Gehäuse eines neuen Energiefahrzeugs (620 × 480 × 320 mm), Simulationsdauer des Gesamtprozesses 98 Stunden

Procast

Die von der amerikanischen Firma Procast Software UES (UNIVERSALENERGY SYSTEM) entwickelte Software zur Simulation des Gießprozesses. Es gibt viele Module und sie ist schnell, aber die Vernetzung ist etwas menschenfeindlich, die Parameter sind umfangreicher, und es sind viele Personen erforderlich, um sie einzugeben. Im Vergleich zu anderen CAE-Simulations- und Analysesoftware für Gussteile ist die Bedienung eines Schaltgetriebes eher automatisch. In Bezug auf die Strömung und Wärmeschrumpfung, die Software-Simulationsergebnisse sind relativ genau, Parameter-Einstellungen im Einklang mit der Realität erreicht werden kann, wenn die Genauigkeit von 90% oder mehr. Noch höher.

Anycasting

Anycasting ist eine neue Generation fortschrittlicher Gießerei-Simulationssoftware, die auf der Windows-Betriebsplattform basiert und speziell für die Simulation verschiedener Gießverfahren entwickelt wurde. Nach Jahren der iterativen Verbesserung, hat die Software eine leistungsfähige Real Flow Solver und dreidimensionale Verarbeitung Technologie kann eine Vielzahl von Gießverfahren, einschließlich Druckguss, Niederdruckguss, Sandguss, etc. zu simulieren, um die Benutzer mit effizienten, genauen und realistischen Gießsimulation Analyseergebnisse.

Huaji CAE

Huacasting CAE ist ein integriertes Softwaresystem, das an der Huazhong University of Science and Technology angesiedelt ist und nach mehr als 30 Jahren Forschung und Entwicklung in der langjährigen Produktionspraxis ständig verbessert und perfektioniert wurde. Mit der numerischen Simulationstechnologie des Gießens und des Erstarrungsprozesses als Kernstück führt es die Prozessanalyse und Qualitätsvorhersage des Gießprozesses durch und unterstützt die Handwerker bei der Prozessoptimierung des Gießens. Die Software simuliert den Füll- und Erstarrungsprozess von Gussstücken am Computer und sagt die Fehler voraus, die im Gießprozess auftreten können, wie z. B. Luftwalzen, Schlackeneinschluss, Sandausspülung, Untergießen, Kaltentmischung, Schrumpfung, Schrumpfung und Lockerung.

Lokalisierungsvorteil: Bausatz für Sandgussverfahren zur Deckung des inländischen Bedarfs der Gießerei 90%
Gemessene Daten: Korrelation zwischen Schwindungsvorhersage und industriellen CT-Ergebnissen R²=0,87
Update: GPU-Beschleunigungsmodul steigert Rechenleistung um 400%

Typische technische Anwendungsszenarien und Wertquantifizierung

Optimierung des Gießsystems

Bei einem Hochdruckgießprojekt eines Motorblocks wurde durch Flow3D-Simulationen festgestellt, dass es beim herkömmlichen Fächeranschnitt ein Problem mit Metall-Flüssigkeit-Kollisionen gab. Nach der Optimierung auf ein gestuftes Gießsystem:
Reduzierung der Walzgasfehlerrate von 121 TP3T auf 2,31 TP3T
Verlängerung der Lebensdauer von Schimmelpilzen 30%

Kontrolle des Erstarrungsprozesses

Erstarrungssimulation von Eisenbahngussteilen unter Verwendung von Magmasoft durch Anpassung des Kalteisenlayouts:
Prozessausbeute von 68% auf 82% erhöht
Bestehensquote bei der Röntgeninspektion um 18 Prozentpunkte gestiegen

Mikroorganisatorische Prognosen

Erfolgreiche Vorhersage der Korngrößenverteilung eines Rades aus einer Aluminiumlegierung basierend auf dem sekundären Entwicklungsmodul von Procast:
Fehler zwischen gemessenen und vorhergesagten Werten < 1,5 Stufen
Optimierung des Wärmebehandlungsprozesses spart Energie 22%

Grenzen der Technologieentwicklung und Empfehlungen für die Technik

Kopplung multiphysikalischer Felder: die dringende Notwendigkeit, den Echtzeit-Kopplungsalgorithmus von Strömungsfeld-Spannungsfeld-Mikrostruktur zu durchbrechen
Anwendung des digitalen Zwillings: Unternehmen wird empfohlen, ein geschlossenes System zur Validierung von Prozessparametern - Simulationsergebnissen - Prüfdaten einzurichten.
Domestic Software-Durchbruch: China Casting CAE im Bereich der Sandguss hat die internationale Ebene fortgeschritten, wird empfohlen, Priorität zu prüfen