Applicazioni di fusione CAE (tecnologia di simulazione dei fluidi) del flusso dello stampo

Al giorno d'oggi, con lo sviluppo del software per computer e dell'intelligenza artificiale, l'accuratezza e la credibilità del software di analisi di simulazione, l'applicazione del software di analisi del flusso dello stampo nell'industria della fonderia è sempre più comune. La tecnologia di simulazione cae è ampiamente utilizzata nello sviluppo di stampi di colata e nella produzione di prodotti. Grazie alle innovazioni della teoria del calcolo numerico e della tecnologia parallela delle GPU, il moderno processo di fusione è entrato nell'era della simulazione digitale e della sperimentazione fisica a doppia trazione. Questo articolo si basa sul lavoro dell'autore nel campo dell'alta pressione/bassa pressione/ colata gravitazionale Grazie a 23 anni di esperienza ingegneristica nel settore, unita a casi tipici di processo, fornisce un'analisi approfondita dei punti chiave dell'applicazione della tecnologia CAE del flusso dello stampo nella produzione reale.

Principi della tecnologia di simulazione della colata e condizioni al contorno ingegneristiche

Il processo di colata è essenzialmente un processo non stazionario di trasferimento di calore e massa del metallo fuso sotto vincoli complessi e la sua simulazione numerica richiede la creazione di un modello accoppiato tridimensionale contenente le equazioni di Navier-Stokes, l'equazione di conservazione dell'energia e l'equazione di transizione di fase della solidificazione. In particolare, nella pratica ingegneristica devono essere sottolineati i seguenti parametri chiave:
Coefficiente di trasferimento di calore dell'interfaccia: dati misurati e deviazione del valore predefinito del software fino a 40%, è necessario utilizzare la sonda di flusso di calore per la calibrazione in loco.
Proprietà reologiche del fuso: Colata in stampo alluminio Caratteristiche del fluido significativamente non newtoniane durante la fase di riempimento ad alta velocità.
Compensazione del ritiro di solidificazione: sono necessari calcoli dinamici iterativi in combinazione con i database delle proprietà termofisiche delle leghe.

Simulazione della colata Software CAE mainstream

La tecnologia CAE del flusso dello stampo è una tecnica di simulazione dei fluidi basata sulla tecnologia informatica, che utilizza modelli matematici e algoritmi per simulare e analizzare il flusso dei fluidi. Nel campo della colata, la tecnologia CAE può simulare il processo di carica e solidificazione dei fluidi metallici negli stampi, compresi la portata, la distribuzione della pressione, le variazioni del campo di temperatura e così via, per aiutare gli ingegneri a comprendere e controllare meglio il processo di colata.

Magmasoft

Il software MAGMASOFT è un software di simulazione cae creato da un'azienda tedesca specializzata nell'industria della fonderia. Il software può essere il giusto getto Simulazione e analisi complete del riempimento dello stampo, della solidificazione, del raffreddamento, del trattamento termico, delle sollecitazioni e delle deformazioni. La tecnologia di simulazione del software rende digitale e visualizzato il complesso processo di colata, che risulta più facile da osservare e comprendere per i fonditori. Allo stesso tempo, la velocità di calcolo è più rapida, quasi un giorno lavorativo. Non è un problema incontrare parti a parete sottile (FLOW3D ha problemi di testa per i prodotti a parete sottile), i risultati di contrazione termica del software sono accurati, ma il flusso del software non è buono come quello di flow3d e procast.

Applicazioni tipiche: snodi dello sterzo per autoveicoli colata a bassa pressione Ottimizzazione del processo
Vantaggio: l'esclusiva tecnologia "dual grid" bilancia efficacemente l'efficienza di calcolo (3 milioni di griglie in 8 ore).
Limitazioni: le deviazioni nella previsione del flusso per i sistemi di colata complessi devono essere corrette manualmente.

Flusso3d

FLOW3D è stato sviluppato negli Stati Uniti ed è ampiamente utilizzato. È un software di uso generale ampiamente utilizzato nell'industria aerospaziale, nella fusione dei metalli, nei rivestimenti, nei prodotti di consumo, nelle microtestine a getto d'inchiostro, nelle spedizioni, nei MEMS, nell'idraulica, ecc. FLOW3D viene utilizzato nella pressofusione con un'accuratezza molto elevata, con impostazioni di parametri ragionevoli, e l'accuratezza del flusso può raggiungere più di 90%. FLOW3D impiega un metodo fluidodinamico molto importante, come una migliore stabilità e una tecnologia unica di tracciamento della superficie libera (VOF), che rende i risultati più realistici e più simili al processo di pressofusione. FLOW3D è facile da usare, con poche interfacce e procedure, il che è una buona caratteristica. L'unico svantaggio è che i tempi di calcolo saranno più lunghi, di solito da un giorno a tre giorni. Se il prodotto è molto grande (500mm*400mm*300mm), il calcolo richiederà quasi quattro giorni. Anche i requisiti per l'elaborazione delle maglie sono più elevati. Rispetto al software coreano anycasting, tutti ritengono che l'incarnazione del flusso sia più simile. Ma l'accuratezza dei dettagli è molto più elevata rispetto a anycasting.

Validazione del caso: una colata di lega di titanio per veicoli spaziali con accuratezza di previsione dei difetti dell'aria laminata di 93%
Vantaggio dell'algoritmo VOF: errore di tracciamento della superficie libera <0,2 mm per parti a parete sottile
Costo calcolato: involucro del motore di un veicolo a energia nuova (620 × 480 × 320 mm) tempo di simulazione del processo completo 98 ore

Procast

Il software di simulazione del processo di colata sviluppato dall'azienda americana Procast Software UES (UNIVERSALENERGY SYSTEM). Ci sono molti moduli ed è veloce, ma la mesh è un po' anti-umana, i parametri sono più completi e richiede molte persone per inserirli. Rispetto ad altri software CAE di simulazione e analisi della colata, la guida di un cambio manuale è più automatica. In termini di flusso e contrazione termica, i risultati della simulazione del software sono relativamente accurati, le impostazioni dei parametri in linea con la realtà possono essere raggiunte quando la precisione di 90% o più. Anche superiore.

Anycasting

Anycasting è un sistema software di simulazione di colata avanzato di nuova generazione basato su piattaforma operativa Windows, sviluppato appositamente per vari sistemi di simulazione dei processi di colata. Dopo anni di aggiornamenti iterativi, il software dispone di un potente solutore Real Flow e di una tecnologia di elaborazione tridimensionale in grado di simulare una varietà di processi di colata, tra cui la pressofusione, la colata a bassa pressione, la colata in sabbia, ecc. per fornire agli utenti risultati di analisi di simulazione della colata efficienti, accurati e realistici.

Huaji CAE

Huacasting CAE è un sistema software integrato, situato presso l'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong, dopo oltre 30 anni di ricerca e sviluppo e costantemente migliorato e perfezionato nella pratica produttiva a lungo termine. Basandosi sulla tecnologia di simulazione numerica del processo di carica e solidificazione della colata, esegue l'analisi del processo e la previsione della qualità del processo di formatura della colata e aiuta gli artigiani a completare l'ottimizzazione del processo di colata. Il software simula al computer il processo di carica e solidificazione dei getti e prevede i difetti che possono verificarsi nel processo di colata, come il rotolamento d'aria, l'intrappolamento di scorie, il lavaggio della sabbia, il sottofondo, la segregazione a freddo, il ritiro, il restringimento e l'allentamento.

Vantaggio della localizzazione: kit per il processo di colata in sabbia che copre le esigenze della fonderia domestica 90%
Dati misurati: correlazione tra la previsione del ritiro e i risultati della CT industriale R²=0,87
Aggiornamento: il modulo di accelerazione GPU aumenta l'efficienza di calcolo del 400%

Scenari applicativi tipici dell'ingegneria e quantificazione del valore

Ottimizzazione del sistema di colata

In un progetto di colata ad alta pressione di un blocco motore, attraverso la simulazione Flow3D è stato riscontrato un problema di collisione metallo-liquido nel tradizionale cancello a ventaglio. Dopo aver ottimizzato il sistema di colata a gradini:
Riduzione del tasso di difettosità del gas in rotoli da 121 TP3T a 2,31 TP3T
Estensione della durata della muffa 30%

Controllo del processo di solidificazione

Simulazione della solidificazione di getti ferroviari con Magmasoft regolando il layout della ghisa fredda:
La resa del processo è aumentata da 68% a 82%
Il tasso di superamento dell'ispezione radiografica è aumentato di 18 punti percentuali.

Previsione micro-organizzativa

Previsione di successo della distribuzione granulometrica di una ruota in lega di alluminio basata sul modulo di sviluppo secondario di Procast:
Errore tra valori misurati e previsti < 1,5 livelli
L'ottimizzazione del processo di trattamento termico consente di risparmiare energia 22%

Frontiere dello sviluppo tecnologico e raccomandazioni ingegneristiche

Accoppiamento di campi multi-fisici: l'urgente necessità di superare l'algoritmo di accoppiamento in tempo reale di campo di flusso-campo di stress-microstruttura
Applicazione del gemello digitale: si consiglia alle aziende di stabilire un sistema di convalida a ciclo chiuso dei parametri di processo - risultati della simulazione - dati di ispezione.
Sfruttamento del software nazionale: la Cina ha raggiunto un livello avanzato a livello internazionale nel campo della colata in sabbia.