En la fundición a presión, la fundición a baja presión y la fundición por gravedad (incluidas las de tipo arena/metal), la simulación CAE se utiliza como herramienta digital básica para la simulación numérica acoplada de todo el proceso de fundición mediante la construcción de un modelo tridimensional que abarca los moldes, las piezas fundidas y el sistema de bebederos. Sus módulos de análisis comunes incluyen:Simulación del proceso de carga(Análisis de patrones de flujo de metal líquido, predicción de segregación en frío y envoltura de gas),Simulación del proceso de coagulación(análisis del campo de temperatura y de la secuencia de solidificación, predicción de la contracción) ySimulación de tensiones/deformaciones(Predicción de tensiones térmicas, tensiones residuales y deformaciones). Para la caracterización de procesos.El CAE de fundición a presión se centra en el llenado de moldes a alta velocidad y el análisis de cilindros de aire, el equilibrio térmico de moldes y la optimización de la refrigeración.;El CAE de fundición a baja presión se centra en el control preciso del campo de presión de aire, la solidificación secuencial y la simulación de la contracción.;CAE de colada por gravedad centrado en el régimen de flujo natural por gravedad, las trayectorias de solidificación y la evaluación de la eficacia de la reposición del tubo ascendente.El papel fundamental es predecir científicamente los defectos y optimizar los parámetros del proceso y el diseño del molde. El papel fundamental es predecir científicamente los defectos y optimizar los parámetros del proceso y el diseño del molde para mejorar significativamente la calidad de la fundición, acortar los ciclos de desarrollo y reducir los costes de ensayo y error.
simulación de temperaturaSimulación CAE Simulación de temperatura de fundición de aluminio
Simulación del flujo de llenadoSimulación CAE de flujo de llenado en fundición de aluminio
Análisis de simulación barométricaSimulación CAE de análisis de simulación de gases de rodillos de fundición de aluminio
Simulación de contracciónSimulación CAE de la contracción de la fundición de aluminio
Análisis y simulación CAE en fundición
He Xin Moulding incorporó ya en la fase de desarrollo de los moldesAnálisis de simulación de fundición mediante CAE (ingeniería asistida por ordenador), mediante la creación de un modelo numérico tridimensional que abarca el molde, las piezas fundidas y el sistema de canal de colada y bebedero, se lleva a cabo una simulación de acoplamiento multifísico de todo el proceso de fundición. El valor fundamental de la simulación CAE radica enPrever los defectos y optimizar los parámetros del proceso antes del mecanizado del molde, reduciendo las 4 a 6 rondas de pruebas y ajustes del molde que requiere el método tradicional de prueba y error a En un máximo de 2 rondas, el ciclo de desarrollo de cada molde se ha reducido en más de un 30%, y los costes de las pruebas de molde se han reducido en aproximadamente un 40%.
Las capacidades de simulación CAE de He Xin abarcan tres procesos: fundición a presión de alta presión, fundición a baja presión y fundición por gravedad. Gracias a plataformas de simulación líderes como ProCAST, MAGMASOFT, Flow-3D y AnyCasting, es capaz de realizarSimulación del flujo de llenado, análisis de solidificación y enfriamiento, predicción de burbujas de aire, evaluación de cavidades y porosidades, cálculo de tensiones térmicas y deformacionesCinco módulos analíticos fundamentales. Los resultados de la simulación sirven de guía directa para el diseño del sistema de colada, la disposición de los canales de refrigeración, los planes de desgasificación y la configuración de los parámetros de proceso, lo que permite pasar de un modelo de desarrollo de moldes basado en "pruebas y errores empíricos" a uno "basado en datos".
Los cuatro módulos principales de análisis y simulación
Simulación CAE en fundición: aspectos claveLlenado → Solidificación → Defectos → TensionesSe desarrollan cuatro procesos físicos, con un acoplamiento de datos entre los distintos módulos, que en conjunto conforman un sistema completo de verificación digital del proceso de fundición:
Simulación del flujo de llenado
Mediante la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes con CFD (dinámica de fluidos computacional), se simula la trayectoria de flujo del metal fundido en el sistema de colada y la cavidad, la distribución de la velocidad de llenado y la forma de la superficie libre. Permite predecir defectos de llenado, como la formación de zonas frías, el llenado insuficiente o las marcas de flujo, y genera datos sobre el tiempo de llenado, el campo de velocidades y el campo de temperaturas, lo que sirve de guía para optimizar la ubicación y la sección transversal de la entrada interna.
Análisis de solidificación y enfriamiento
Resolución acoplada de la ecuación de transferencia de calor y la liberación de calor latente de solidificación, para calcular las curvas de temperatura en función del tiempo en cada parte de la pieza fundida, el orden de solidificación y la distribución de la tasa de fase sólida. Identificación de zonas de fase líquida aisladas y de puntos calientes, predicción de la tendencia a la formación de cavidades y poros de contracción, y cuantificación de la probabilidad de defectos mediante el criterio de Niyama o el método del gradiente de porcentaje de fase sólida, con el fin de orientar la disposición de los conductos de colada y los lingotes de enfriamiento.
Formación de burbujas y escoria por oxidación
Se utiliza el método de flujo multifásico (método VOF) para seguir la interfaz entre el aluminio fundido y el gas, con el fin de simular el comportamiento del gas durante el proceso de llenado del molde: su arrastre, fragmentación, aglutinación y ascenso. Se obtienen datos cuantitativos sobre la ubicación de las burbujas de gas, la fracción volumétrica del gas y la probabilidad de retención, lo que sirve de guía para optimizar la disposición de los canales y tapones de desgasificación, así como para ajustar la curva de velocidad de colada.
Tensión y deformación
Se combinan los campos térmicos y mecánicos para calcular la distribución de las tensiones térmicas, los niveles de tensiones residuales y el grado de deformación de las piezas fundidas durante los procesos de solidificación y enfriamiento. Se evalúa de forma previa el riesgo de fisuración térmica (basándose en el índice de sensibilidad a la fisuración térmica, HCS) y las desviaciones dimensionales, lo que sirve de base para el diseño de la compensación de la deformación inversa del molde y para el establecimiento de los procesos de tratamiento térmico.
Aspectos clave de la simulación CAE en tres procesos de fundición
Los mecanismos de llenado y los patrones de defectos varían significativamente según los distintos procesos de fundición, y los aspectos clave y los criterios fundamentales del análisis mediante simulación CAE difieren en cada caso:
Simulación CAE para fundición a presión
Simulación CAE para fundición a baja presión
Simulación CAE de fundición por gravedad
Cadena de herramientas de software de simulación CAE
He Xin selecciona varios programas de simulación CAE especializados en función de los distintos procesos de fundición y las necesidades de análisis; cada uno de ellos se centra en un aspecto concreto y se complementan entre sí:
| Nombre del programa | Puntos fuertes | Procesos aplicables | Funciones destacadas | Tipo de cuadrícula |
|---|---|---|---|---|
| MAGMASOFT | Alta precisión en el análisis de solidificación y tensiones; simulación precisa del campo de temperaturas del molde | Fundición a presión, baja presión, por gravedad | Análisis del equilibrio térmico en múltiples ciclos, predicción de la microestructura | FDM: Método de diferencias finitas |
| ProCAST | Gran capacidad de acoplamiento entre múltiples campos físicos y cálculos precisos de la transferencia de calor por radiación | Baja presión, por gravedad (incluido el moldeado con arena) | Predicción de fisuras por calor, simulación de la estructura granular, compensación de la deformación inversa | FEM: Método de elementos finitos |
| Flow-3D | La máxima precisión en el seguimiento de superficies libres y una simulación de llenado a alta velocidad líder en el sector | fundición a presión | Método TruVOF, análisis cuantitativo de aire de arrastre, seguimiento de la película de oxidación | FVM + FAVOR |
| AnyCasting | Es fácil de manejar, ofrece una resolución rápida y es ideal para iteraciones rápidas. | Gravedad, baja presión | Asistente para la optimización de la entrada de material, comparación paralela de múltiples soluciones | FDM: Método de diferencias finitas |
Proceso estándar de análisis de simulación CAE
La simulación CAE de He Xin se ajusta a las normas estandarizadasProceso de análisis en cinco pasos, garantizar la reproducibilidad de los resultados de la simulación y su valor como guía para la ingeniería:
Preprocesamiento geométrico
Importe los modelos 3D de las piezas fundidas y los moldes, extraiga los dominios de fluidos y sólidos del sistema de colada, la pieza fundida y el molde, realice el mallado (asegurándose de que las piezas de paredes delgadas tengan ≥3 capas de malla) y establezca el coeficiente de intercambio térmico en la interfaz (pieza fundida-molde: 500~2000 W/m²·K).
Materiales y condiciones de contorno
Seleccionar el tipo de aleación de aluminio (A356 / A380 / ZL101, etc.), establecer los parámetros termofísicos (temperatura de la línea de fase líquida, temperatura de la línea de fase sólida, calor latente, curva de viscosidad) y configurar la temperatura de colada, la temperatura de precalentamiento del molde y la curva de velocidad/presión de llenado.
Resolución de cálculos
Se inicia el solucionador de acoplamiento multifísico y se calculan sucesivamente el campo de flujo de llenado, el campo de temperatura y el proceso de solidificación. Tiempo de resolución típico: análisis de llenado en fundición a presión, de 2 a 4 horas; análisis de solidificación en fundición a baja presión, de 4 a 8 horas (dependiendo del número de mallas y de la configuración del hardware).
Posprocesamiento de resultados
Visualización de la secuencia de llenado, el campo de temperaturas, la distribución del porcentaje de fase sólida, la ubicación de los poros y las cavidades, la fracción volumétrica de gas residual y la distribución de tensiones. Extracción de los valores de los criterios clave (número de Niyama, fracción volumétrica de gas residual, índice de sensibilidad a la fisuración térmica) y generación de un informe de predicción de defectos.
Iteraciones de optimización de procesos
A partir de los resultados de la simulación, se ajustan los parámetros del sistema de colada (superficie de la entrada interna, posición del canal de rebose), los parámetros de enfriamiento (caudal de los canales de agua, temperatura del agua) o los parámetros del proceso (temperatura de colada, velocidad de llenado), y se vuelve a realizar la simulación para verificar los resultados hasta que la predicción de defectos cumpla los requisitos de calidad.
Parámetros clave de simulación y condiciones de contorno
La precisión de la simulación CAE depende en gran medida deLa razonabilidad de la definición de las condiciones de contorno. A continuación se indican los parámetros clave de simulación calibrados por He Xin a partir de datos de producción reales, con el fin de garantizar que la desviación entre los resultados de la simulación y las pruebas con moldes reales se mantenga dentro de unos límites aceptables:
| Categorías de parámetros | Nombre del parámetro | Valor típico / Rango | Repercusiones en la precisión de la simulación |
|---|---|---|---|
| Propiedades térmicas | A356: Temperatura de la línea de fase líquida | 615 °C | Factores que influyen en la determinación del punto de inicio de la coagulación |
| Propiedades térmicas | A356 Temperatura de la línea de fase sólida | 555 °C | Factores que influyen en el punto final de solidificación y en el tiempo de cierre de los canales de contracción |
| Propiedades térmicas | Calor latente de solidificación (A356) | 389 kJ/kg | Influencia en el cálculo del tiempo de solidificación y del campo de temperatura |
| Interfaz | Coeficiente de intercambio térmico de piezas fundidas y moldes | 500-2000 W/m²·K | Influyen directamente en la velocidad de enfriamiento y en el orden de solidificación |
| Interfaz | Molde: coeficiente de intercambio térmico del agua de refrigeración | 3 000-8 000 W/m²·K | Factores que influyen en el equilibrio térmico del molde |
| artesanía | Temperatura de colada (A356) | 700-740 °C | Factores que influyen en la capacidad de llenado y el tiempo de solidificación |
| artesanía | Temperatura de precalentamiento del molde | 180-250 °C (fundición a presión) / 150-200 °C (baja presión) | Factores que influyen en la integridad del llenado y en la velocidad de solidificación |
| artesanía | Velocidad de llenado en la fundición a presión | 50-100 m/s (boca de entrada interna) | Factores que influyen en el volumen de aire de enrollado y la calidad de la superficie |
| artesanía | Presión de mantenimiento a baja presión | 0,1-0,3 MPa | Factores que influyen en la eficiencia de la contracción y la tendencia a la contracción por porosidad |
| Criterios | Niyama: valor umbral | < 0,8~1,0 √K·s/mm | Umbral de detección de contracción; por debajo de este valor existe riesgo de contracción |
| Criterios | Porcentaje volumétrico de gas residual | < 2% (componente de seguridad) | Indicadores cuantitativos de defectos por poros |
| Criterios | Índice de sensibilidad a la fractura por calor (HCS) | < 1,0 (riesgo bajo) | Umbrales de evaluación del riesgo de fractura por calor |
Preguntas frecuentes sobre la tecnología de simulación CAE
¿Necesita ayuda con el análisis de simulación CAE para fundición?
Envíenos los planos de sus productos y los requisitos de fabricación; los ingenieros de Hexin realizarán simultáneamente el análisis de simulación CAE durante la fase de diseño del molde y le proporcionarán un informe detallado de predicción de defectos, así como recomendaciones para la optimización del proceso. El coste de la simulación ya está incluido en el servicio de desarrollo del molde, sin coste adicional.
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