Fluxo de moldes CAE (tecnologia de simulação de fluidos) aplicações de fundição

Atualmente, com o desenvolvimento de software informático, inteligência artificial, precisão e credibilidade do software de análise de simulação, a aplicação de software de análise do fluxo de moldes na indústria de fundição é cada vez mais comum. A tecnologia de simulação de moldes é amplamente utilizada no desenvolvimento de moldes de fundição e na produção de produtos. Com a teoria da computação numérica e os avanços da tecnologia paralela GPU, o processo de fundição moderno entrou na era da simulação digital e da experimentação física com tração às duas rodas. Este artigo baseia-se no trabalho do autor em alta pressão/baixa pressão/ fundição gravitacional Com 23 anos de experiência de engenharia no terreno, combinada com casos típicos de processos, fornece uma análise aprofundada dos pontos-chave da aplicação da tecnologia CAE de fluxo de moldes na produção real.

Princípios da tecnologia de simulação de fundição e condições-limite de engenharia

O processo de fundição é essencialmente um processo não-estacionário de transferência de calor e massa de metal fundido sob restrições complexas, e a sua simulação numérica requer o estabelecimento de um modelo tridimensional acoplado contendo as equações de Navier-Stokes, a equação de conservação de energia e a equação de transição de fase de solidificação. Em particular, os seguintes parâmetros-chave devem ser enfatizados na prática de engenharia:
Coeficiente de transferência de calor da interface: dados medidos e desvio do valor predefinido do software até 40%, é necessário utilizar a sonda de fluxo de calor para calibração no local
Propriedades reológicas da massa fundida: Fundição injectada alumínio Caraterísticas significativamente não-Newtonianas do fluido durante a fase de enchimento a alta velocidade.
Compensação da contração por solidificação: são necessários cálculos iterativos dinâmicos em conjunto com bases de dados de propriedades termofísicas da liga

Simulação de fundição Software CAE mainstream

A tecnologia CAE de fluxo de moldes é uma técnica de simulação de fluidos baseada em tecnologia informática, que utiliza modelos matemáticos e algoritmos para simular e analisar o fluxo de fluidos. No domínio da fundição, a tecnologia CAE de fluxo de moldes pode simular o processo de carregamento e solidificação de fluidos metálicos em moldes, incluindo o caudal, a distribuição da pressão, as alterações no campo da temperatura, etc., para ajudar os engenheiros a compreender e controlar melhor o processo de fundição.

Magmasoft

O software MAGMASOFT é um software de simulação de cae aberto por uma empresa alemã especializada na indústria de fundição. O software pode ser a solução correta para fundição Simulação e análise exaustivas do enchimento do molde, solidificação, arrefecimento, tratamento térmico, tensão e deformação. A tecnologia de simulação do software torna o complexo processo de fundição digital e visualizado, o que é mais fácil de ser observado e compreendido pelos fundidores. Ao mesmo tempo, a velocidade de cálculo é mais rápida, quase um dia de trabalho. Não há problema em encontrar peças de paredes finas (FLOW3D em produtos de paredes finas é uma dor de cabeça), os resultados da contração térmica do software são exactos, mas o fluxo do software não é tão bom como o flow3d e o procast.

Aplicações típicas: juntas de direção de automóveis fundição a baixa pressão Otimização de processos
Vantagem: A tecnologia única de "grelha dupla" equilibra eficazmente a eficiência computacional (3 milhões de grelhas em 8 horas).
Limitações: os desvios na previsão de caudal para sistemas de fundição complexos têm de ser corrigidos manualmente.

Flow3d

O FLOW3D foi desenvolvido nos Estados Unidos e é amplamente utilizado. É um software de utilização geral amplamente utilizado na indústria aeroespacial, fundição de metais, revestimentos, produtos de consumo, micro cabeças de jato de tinta, transporte marítimo, MEMS, hidráulica, etc. O FLOW3D é utilizado na fundição sob pressão com uma precisão muito elevada, com definições de parâmetros razoáveis, e a precisão do fluxo pode atingir mais de 90%. O FLOW3D utiliza um método de dinâmica de fluidos muito importante, como a estabilidade melhorada e a tecnologia única de seguimento de superfícies livres (VOF), que torna os resultados mais realistas e mais parecidos com o processo de fundição sob pressão. O FLOW3D é fácil de utilizar, com poucas interfaces e procedimentos, o que é uma boa caraterística. A única desvantagem é que o tempo de cálculo será mais longo, normalmente de um dia a três dias. Se o produto for muito grande (500 mm*400 mm*300 mm), o cálculo demorará quase quatro dias. E a exigência de processamento da malha também é maior. Em comparação com o software coreano anycasting, todos sentem que a forma de realização do fluxo é mais semelhante. Mas a precisão dos pormenores é muito superior à do anycasting.

Validação de um caso: precisão da previsão de defeitos no ar laminado de uma liga de titânio para uma nave espacial 93%
Vantagem do algoritmo VOF: erro de seguimento da superfície livre <0,2 mm para peças de paredes finas
Custo calculado: uma caixa de motor de veículo de energia nova (620 × 480 × 320mm) tempo total de simulação do processo 98 horas

Procast

O software de simulação do processo de fundição desenvolvido pela empresa americana Procast Software UES (UNIVERSALENERGY SYSTEM). Tem muitos módulos e é rápido, mas a malha é um pouco anti-humana, os parâmetros são mais abrangentes e requer muitas pessoas para os introduzir. Em comparação com outros softwares de simulação e análise de fundição CAE, a condução de uma transmissão manual é mais automática. Em termos de fluxo e contração térmica, os resultados da simulação do software são relativamente precisos, sendo possível obter definições de parâmetros em conformidade com a realidade quando a precisão é de 90% ou superior. Ainda mais.

Anycasting

Anycasting é uma nova geração de software avançado de simulação de fundição baseado na plataforma operativa Windows, especialmente desenvolvido para vários sistemas de simulação de processos de fundição. Após anos de atualização iterativa, o software possui um poderoso solucionador de Fluxo Real e uma tecnologia de processamento tridimensional que permite simular uma variedade de processos de fundição, incluindo fundição sob pressão, fundição a baixa pressão, fundição em areia, etc., para fornecer aos utilizadores resultados de análise de simulação de fundição eficientes, precisos e realistas.

Huaji CAE

Huacasting CAE é um sistema de software integrado, localizado na Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, após mais de 30 anos de investigação e desenvolvimento, e constantemente melhorado e aperfeiçoado na prática de produção a longo prazo. Tendo como núcleo a tecnologia de simulação numérica do processo de carregamento e solidificação da fundição, realiza a análise do processo e a previsão da qualidade do processo de moldagem da fundição, e ajuda os artesãos a completar a otimização do processo de fundição. O software simula o processo de carregamento e solidificação de peças fundidas no computador e prevê os defeitos que podem ocorrer no processo de fundição, tais como rolo de ar, aprisionamento de escória, descarga de areia, subenchimento, segregação a frio, encolhimento, retração e afrouxamento.

Vantagem da localização: Kit de processo de fundição em areia que cobre as necessidades da fundição doméstica 90%
Dados medidos: correlação entre a previsão da retração e os resultados da TC industrial R²=0,87
Atualização: O módulo de aceleração GPU aumenta a eficiência informática em 400%

Cenários típicos de aplicações de engenharia e quantificação de valor

Otimização do sistema de fundição

Num projeto de fundição a alta pressão de um bloco de motor, verificou-se, através da simulação Flow3D, que existia um problema de colisão metal-líquido no sistema tradicional de fan gate. Após a otimização para um sistema de vazamento escalonado:
Redução da taxa de defeitos dos gases de laminação de 121 TP3T para 2,31 TP3T
Extensão da vida útil do molde 30%

Controlo do processo de solidificação

Simulação da solidificação de peças fundidas ferroviárias utilizando o Magmasoft, ajustando o layout do ferro frio:
O rendimento do processo aumentou de 68% para 82%
A taxa de aprovação nas inspecções radiográficas aumentou 18 pontos percentuais

Previsão micro-organizacional

Previsão bem sucedida da distribuição do tamanho do grão de uma roda de liga de alumínio com base no módulo de desenvolvimento secundário da Procast:
Erro entre os valores medidos e previstos < 1,5 níveis
A otimização do processo de tratamento térmico poupa energia 22%

Fronteiras de desenvolvimento tecnológico e recomendações de engenharia

Acoplamento de campos multi-físicos: a necessidade urgente de ultrapassar o algoritmo de acoplamento em tempo real do campo de fluxo-campo de tensão-microestrutura
Aplicação do gémeo digital: as empresas são aconselhadas a estabelecer um sistema de validação em circuito fechado dos parâmetros do processo - resultados da simulação - dados de inspeção
Avanço do software nacional: o CAE de fundição da China no domínio da fundição em areia atingiu o nível avançado internacional, recomenda-se que seja dada prioridade à consideração