CAE matrijssimulatie voor simulatieanalyse van gietproducten
De processen van vulstroom, stolling en afkoeling, spanningsvervorming en defectvoorspelling worden gebruikt om het matrijsontwerp en de procesparameters te optimaliseren.
Stuur nu een aanvraagBij spuitgieten, lagedrukgieten en zwaartekrachtgieten (inclusief zand/metaalgieten) wordt CAE-simulatie gebruikt als een digitaal kerngereedschap voor gekoppelde numerieke simulatie van het hele gietproces door een driedimensionaal model te construeren dat de matrijzen, gietstukken en het sprue-systeem omvat. De gemeenschappelijke kernanalysemodules omvatten:Simulatie oplaadproces(Vloeistofmetaalstromingspatronen analyseren, koude ontmenging en gaswikkelingen voorspellen),Simulatie van stollingsproces(analyseren van temperatuurveld en stollingsverloop, voorspellen van krimp) enSimulatie van spanning/vervorming(Voorspelling van thermische spanningen, restspanningen en vervormingen). Voor proceskarakterisering.CAE voor spuitgieten richt zich op hogesnelheidsmatrijsvulling en luchtrolanalyse, warmtebalans van matrijzen en optimalisatie van koeling.；Lagedrukgiet CAE richt zich op de nauwkeurige regeling van het luchtdrukveld, sequentieel stollen en krimpsimulatie.；Zwaartekrachtgiet CAE gericht op natuurlijk stromingsregime onder zwaartekracht, stollingstrajecten en beoordeling van stijgbuisaanvullingsefficiëntieDe fundamentele rol is het wetenschappelijk voorspellen van defecten en het optimaliseren van procesparameters en matrijsontwerp. De fundamentele rol is het wetenschappelijk voorspellen van defecten en het optimaliseren van procesparameters en matrijsontwerp om de gietkwaliteit aanzienlijk te verbeteren, ontwikkelingscycli te verkorten en de kosten van vallen en opstaan te verlagen.
temperatuursimulatieCAE-simulatie Aluminiumgiettemperatuursimulatie
Simulatie van vulstroomCAE-simulatie van de vulstroomsimulatie van aluminiumgietwerk
Barometrische simulatieanalyseCAE-simulatie van de gassimulatie van aluminiumgietwalsen
Simulatie van krimpCAE-simulatie van krimp bij aluminiumgieten
CAE-simulatie- en analyse voor gieterijtoepassingen
He Xin Moulding heeft al in de ontwikkelingsfase van de matrijzen het volgende geïntroduceerd:CAE (Computer Aided Engineering) – Simulatie- en analyse van gietprocessen, door het opstellen van een driedimensionaal numeriek model dat de gietvorm, het gietstuk en het gietkanaalsysteem omvat, wordt het gehele gietproces gesimuleerd met behulp van gekoppelde simulaties van meerdere fysische velden. De kernwaarde van CAE-simulatie ligt inAl vóór de bewerking van de matrijs defecten voorspellen en de procesparameters optimaliseren, waardoor de 4 tot 6 proef- en aanpassingsrondes die bij de traditionele trial-and-error-methode nodig zijn, worden teruggebracht tot binnen 2 ronden, waardoor de ontwikkelingscyclus per matrijs met meer dan 30% is verkort en de kosten voor proefstempelen met ongeveer 40% zijn gedaald.
De CAE-simulatiecapaciteiten van He Xin bestrijken drie processen: hogedrukgieten, lagedrukgieten en zwaartekrachtgieten. Met behulp van toonaangevende simulatieplatforms zoals ProCAST, MAGMASOFT, Flow-3D en AnyCasting kunnen zijSimulatie van de vloeistofstroom tijdens het gieten, analyse van stolling en afkoeling, voorspelling van ingesloten lucht, beoordeling van krimpgaten en porositeit, berekening van thermische spanningen en vervormingVijf kernanalysemodules. De simulatieresultaten vormen een directe leidraad voor het ontwerp van het gietsysteem, de indeling van de koelkanalen, de ontluchtingsoplossingen en de instelling van de procesparameters, waardoor een verschuiving plaatsvindt van een "op ervaring gebaseerde, op trial-and-error gebaseerde" naar een "datagestuurde" ontwikkelingsaanpak voor matrijzen.
De vier belangrijkste simulatie- en analysemodules
CAE-simulatie voor gieterijtoepassingenVulling → Stolling → Gebreken → SpanningEr vinden vier fysische processen plaats, waarbij de gegevens tussen de verschillende modules met elkaar worden gekoppeld, waardoor samen een compleet digitaal validatiesysteem voor het gietproces wordt gevormd:
Simulatie van de stroming bij het vullen van de matrijs
Op basis van CFD (computational fluid dynamics) worden de Navier-Stokes-vergelijkingen opgelost om de stromingsroute, de verdeling van de vulsnelheid en de vorm van het vrije oppervlak van gesmolten metaal in het gietsysteem en de gietkamer te simuleren. Hiermee kunnen gietfouten zoals koude zones, onvoldoende vulling en stromingssporen worden voorspeld. De software genereert gegevens over de gietduur, het stromingssnelheidsveld en het temperatuurveld, die als leidraad dienen voor het optimaliseren van de positie en de doorsnede van de inlaat.
Analyse van stolling en afkoeling
De warmteoverdrachtsvergelijkingen worden gekoppeld aan de afgifte van stollingslatente warmte, waarna de temperatuur-tijdcurves, de stollingsvolgorde en de verdeling van het vastestofgehalte voor de verschillende delen van het gietstuk worden berekend. Identificeer de locaties van geïsoleerde vloeibare fasen en warmteknooppunten, voorspel de neiging tot krimpgaten en porositeit, kwantificeer de kans op defecten met behulp van het Niyama-criterium of de methode van de vaste-fase-percentagegradiënt, en gebruik deze informatie als leidraad voor de indeling van de gietkanalen en de plaatsing van de koelblokken.
Gasinsluiting en oxidatie-insluiting
Met behulp van meerfasestroming (VOF-methode) wordt het grensvlak tussen gesmolten aluminium en gas gevolgd, waarbij het meesleuren, breken, samenklonteren en opstijgen van gas tijdens het vullen wordt gesimuleerd. Er worden kwantitatieve gegevens gegenereerd over de locatie van gasbellen, het gasvolumegehalte en de verblijfswaarschijnlijkheid, die als leidraad dienen voor de optimalisatie van de indeling van ontluchtingsgroeven en -pluggen, evenals voor de aanpassing van de giet snelheidscurve.
Spanning en vervorming
Door het temperatuurveld en het mechanische veld aan elkaar te koppelen, worden de verdeling van de thermische spanningen, het niveau van de restspanningen en de mate van vervorming van gietstukken tijdens het stollen en afkoelen berekend. Dit maakt het mogelijk om het risico op thermische scheuren (op basis van de HCS-index voor gevoeligheid voor thermische scheuren) en maatafwijkingen vooraf in te schatten, en vormt de basis voor het ontwerp van compensatiemaatregelen tegen vervorming van de matrijs en voor het opstellen van warmtebehandelingsprocessen.
De aandachtspunten bij CAE-simulaties van drie gietprocessen
De vulmechanismen en defectpatronen verschillen aanzienlijk tussen de verschillende gietprocessen, en de analyseprioriteiten en belangrijkste beoordelingscriteria bij CAE-simulaties liggen elk op een ander vlak:
CAE-simulatie voor spuitgieten
CAE-simulatie voor lagedrukgieten
CAE-simulatie voor zwaartekrachtgieten
CAE-simulatiesoftware-toolchain
He Xin maakt, afhankelijk van de verschillende gietprocessen en analysebehoeften, gebruik van diverse professionele CAE-simulatiesoftwarepakketten, die elk hun eigen specialisatie hebben en elkaar aanvullen:
| Naam van de software | Sterke punten | Toepasselijke processen | Bijzondere functies | Rastertype |
|---|---|---|---|---|
| MAGMASOFT | Hoge nauwkeurigheid bij de analyse van stolling en spanningen, nauwkeurige simulatie van het temperatuurverloop in de matrijs | Spuitgieten, lagedrukgieten, zwaartekrachtgieten | Analyse van het thermisch evenwicht over meerdere cycli, voorspelling van de microstructuur | FDM (Finite Differences) |
| ProCAST | Sterke koppelingsmogelijkheden tussen verschillende fysische velden, nauwkeurige berekeningen van stralingswarmteoverdracht | Lage druk, zwaartekracht (inclusief zandvormen) | Voorspelling van thermische scheurvorming, simulatie van korrelstructuur, compensatie voor omgekeerde vervorming | FEM (Finite Element Method) |
| Flow-3D | De hoogste nauwkeurigheid bij het volgen van vrije oppervlakken, toonaangevende simulatie van het vullen bij hoge snelheid | spuitgieten | TruVOF-methode, kwantitatieve analyse van de gaswolk, volgen van de oxidatiefilm | FVM + FAVOR |
| AnyCasting | Eenvoudig in gebruik, snelle berekeningen, geschikt voor snelle iteraties | Zwaartekracht, lage druk | Wegwijzer voor het optimaliseren van gietkanalen, parallelle vergelijking van meerdere opties | FDM (Finite Differences) |
Standaardprocedure voor CAE-simulatieanalyses
De CAE-simulaties van He Xin volgen gestandaardiseerdeAnalyseproces in vijf stappen, om de herhaalbaarheid en de praktische bruikbaarheid van de simulatieresultaten te waarborgen:
Geometrische voorbewerking
Importeer de 3D-modellen van het gietstuk en de matrijs, selecteer de vloeistof- en vaste-stofgebieden van het gietkanaal, het gietstuk en de matrijs, voer een mesh-indeling uit (bij dunwandige onderdelen moet er ≥3 mesh-lagen zijn) en stel de warmteoverdrachtscoëfficiënt aan het grensvlak in (gietstuk-matrijs: 500~2000 W/m²·K).
Materialen en randvoorwaarden
Kies een aluminiumlegering (A356 / A380 / ZL101 enz.), stel de thermische eigenschappen in (temperatuur van de vloeifase, temperatuur van de vaste fase, latente warmte, viscositeitscurve) en configureer de giettemperatuur, de voorverwarmingstemperatuur van de gietvorm en de vulsnelheid/drukcurve.
Berekeningen uitvoeren
Start de multifysische gekoppelde oplosser en bereken achtereenvolgens de stromingsverdeling tijdens het vullen, het temperatuurveld en het stollingsproces. Typische rekentijd: analyse van het vullen bij spuitgieten 2 tot 4 uur, analyse van de stolling bij lagedrukgieten 4 tot 8 uur (afhankelijk van het aantal mesh-cellen en de hardwareconfiguratie).
Nabewerking van de resultaten
Visualisatie van de vulvolgorde, het temperatuurveld, de verdeling van de vastestofpercentage, de locaties van krimpgaten en porositeit, het volumegehalte aan opgerold gas en de spanningsverdeling. Extractie van de waarden van de belangrijkste beoordelingscriteria (Niyama-getal, volumegehalte aan restgas, index voor gevoeligheid voor thermische scheurvorming) en het genereren van een rapport met defectvoorspellingen.
Iteratieve procesoptimalisatie
Pas op basis van de simulatieresultaten de parameters van het gietsysteem (oppervlakte van de inlaat, positie van de overloopgroef), de koelparameters (debiet van de koelkanalen, watertemperatuur) of de procesparameters (giettemperatuur, vulsnelheid) aan en voer vervolgens opnieuw een simulatie uit om te controleren of de voorspelde defecten aan de kwaliteitseisen voldoen.
Belangrijke simulatieparameters en randvoorwaarden
De nauwkeurigheid van CAE-simulaties is in hoge mate afhankelijk vanDe redelijkheid van de vaststelling van de randvoorwaarden. Hieronder volgen de belangrijkste simulatieparameters die He Xin op basis van daadwerkelijke productiegegevens heeft gekalibreerd om ervoor te zorgen dat de afwijkingen tussen de simulatieresultaten en de daadwerkelijke proefmallen binnen aanvaardbare grenzen blijven:
| Parametercategorieën | Naam van de parameter | Typische waarde / bereik | Invloed op de nauwkeurigheid van de simulatie |
|---|---|---|---|
| Thermische eigenschappen | A356 temperatuur van de vloeifase-lijn | 615 °C | Factoren die van invloed zijn op de bepaling van het beginpunt van de stolling |
| Thermische eigenschappen | A356 Temperatuur van de vaste-fase-lijn | 555 °C | Invloed op het stollingseindpunt en de sluitingstijd van de krimpkanalen |
| Thermische eigenschappen | Latente warmte van stolling (A356) | 389 kJ/kg | Invloed op de stollingstijd en de berekening van het temperatuurveld |
| Interface | Warmteoverdrachtscoëfficiënt van gietstukken en matrijzen | 500–2000 W/m²·K | Heeft een directe invloed op de afkoelsnelheid en de stollingsvolgorde |
| Interface | Matrijs - Warmteoverdrachtscoëfficiënt van koelwater | 3000–8000 W/m²·K | Factoren die de thermische balans van de matrijs beïnvloeden |
| kunst en ambachten | Giettemperatuur (A356) | 700–740 °C | Invloed op de vulcapaciteit en de stollingstijd |
| kunst en ambachten | Voorverwarmingstemperatuur van de matrijs | 180–250 °C (spuitgieten) / 150–200 °C (lage druk) | Invloed op de volledigheid van de vulling en de stollingssnelheid |
| kunst en ambachten | Vulsnelheid bij spuitgieten | 50–100 m/s (inwendige inlaat) | Invloeden op het luchtvolume en de oppervlaktekwaliteit |
| kunst en ambachten | Lagedruk-houddruk | 0,1–0,3 MPa | Invloeden op de krimp- en uitzettingsneiging |
| Criteria | Niyama-drempelwaarde | < 0,8–1,0 √K·s/mm | Drempelwaarde voor het vaststellen van porositeit; bij waarden onder deze drempel bestaat er een risico op porositeit |
| Criteria | Volumefractie van restgas | < 2% (veiligheidsonderdeel) | Kwantitatieve indicatoren voor poriënfouten |
| Criteria | Hittebreukgevoeligheidsindex (HCS) | < 1,0 (laag risico) | Drempelwaarden voor de risicobeoordeling van thermische scheurvorming |
Veelgestelde vragen over CAE-simulatietechnologie
Heeft u ondersteuning nodig bij CAE-simulatieanalyses voor gietwerk?
Stuur ons uw producttekeningen en procesvereisten door. De ingenieurs van Hexin zullen tijdens de ontwerpfase van de matrijs tegelijkertijd een CAE-simulatieanalyse uitvoeren en een gedetailleerd rapport met defectvoorspellingen en aanbevelingen voor procesoptimalisatie verstrekken. De kosten voor de simulatie zijn inbegrepen in de matrijsontwikkelingsdienst en er worden geen extra kosten in rekening gebracht.
Stuur uw tekeningen op om een simulatie- en analysevoorstel te ontvangen →
