Na fundição sob pressão, na fundição a baixa pressão e na fundição por gravidade (incluindo do tipo areia/metal), a simulação CAE é utilizada como uma ferramenta digital central para a simulação numérica acoplada de todo o processo de fundição, através da construção de um modelo tridimensional que abrange os moldes, as peças fundidas e o sistema de jitos. Os seus módulos de análise principais comuns incluem:Simulação do processo de carregamento(Análise dos padrões de fluxo do metal líquido, previsão da segregação a frio e do envolvimento de gás),Simulação do processo de coagulação(análise do campo de temperatura e da sequência de solidificação, previsão da retração) eSimulação de tensão/deformação(Previsão de tensões térmicas, tensões residuais e deformações). Para a caraterização de processos.A CAE para fundição injectada centra-se no enchimento de moldes a alta velocidade e na análise do rolo de ar, no equilíbrio térmico do molde e na otimização do arrefecimento.;O CAE de fundição a baixa pressão centra-se no controlo preciso do campo de pressão do ar, na solidificação sequencial e na simulação da retração.;Fundição por gravidade CAE centrada no regime de escoamento natural sob gravidade, caminhos de solidificação e avaliação da eficiência da composição do riserO papel fundamental consiste em prever cientificamente os defeitos e otimizar os parâmetros do processo e a conceção do molde. O papel fundamental é prever cientificamente os defeitos, otimizar os parâmetros do processo e a conceção do molde para melhorar significativamente a qualidade da fundição, encurtar os ciclos de desenvolvimento e reduzir os custos de tentativa e erro.
simulação de temperaturaSimulação CAE Simulação de temperatura de fundição de alumínio
Simulação do fluxo de enchimentoSimulação CAE da simulação do fluxo de enchimento de uma fundição de alumínio
Análise de simulação barométricaSimulação CAE da análise de simulação de gás de rolo de fundição de alumínio
Simulação de retraçãoSimulação CAE da simulação da contração de peças fundidas de alumínio
Análise e simulação CAE na fundição
A Hexin Moulding introduziu, logo na fase de desenvolvimento dos moldes,Análise de simulação de fundição por CAE (Computer Aided Engineering), através da construção de modelos numéricos tridimensionais que abrangem os moldes, as peças fundidas e o sistema de canais de alimentação e de escape, é realizada uma simulação de acoplamento multifísico de todo o processo de fundição. O valor central da simulação CAE reside emPrever defeitos e otimizar os parâmetros do processo antes do fabrico do molde, reduzindo as 4 a 6 rondas de testes e ajustes de moldes necessárias no método tradicional de tentativa e erro para Até 2 rodadas, o ciclo de desenvolvimento de cada molde foi reduzido em mais de 30% e os custos de ensaio de moldes diminuíram cerca de 40%.
As capacidades de simulação CAE da Hexin abrangem os três processos de fundição por injeção de alta pressão, fundição por injeção de baixa pressão e fundição por gravidade, baseando-se em plataformas de simulação de referência como o ProCAST, o MAGMASOFT, o Flow-3D e o AnyCasting, permitindo a execução deSimulação do fluxo de enchimento, análise da solidificação e arrefecimento, previsão de bolsas de ar, avaliação de cavidades e poros, cálculo de tensões térmicas e de deformaçãoCinco módulos analíticos principais. Os resultados da simulação orientam diretamente a conceção do sistema de injeção, a disposição dos canais de arrefecimento, os esquemas de escape de gás e a definição dos parâmetros de processo, permitindo a transição de um modelo de desenvolvimento de moldes baseado na "experiência e tentativa e erro" para um modelo "orientado por dados".
Quatro módulos principais de simulação e análise
Simulação CAE de fundição em torno deMoldagem → Solidificação → Defeitos → TensõesDesenrolam-se quatro processos físicos, com o acoplamento de dados entre os diferentes módulos, constituindo em conjunto um sistema completo de verificação digital do processo de fundição:
Simulação do fluxo de enchimento
Com base na CFD (Dinâmica de Fluidos Computacional), resolve-se as equações de Navier-Stokes para simular o percurso de fluxo do metal fundido no sistema de vazamento e na cavidade, a distribuição da velocidade de enchimento e a morfologia da superfície livre. Permite prever defeitos de enchimento, tais como isolamentos frios, enchimento insuficiente e marcas de fluxo, e fornece dados relativos ao tempo de enchimento, ao campo de velocidade e ao campo de temperatura, orientando a otimização da localização e da secção transversal da entrada interna.
Análise da solidificação e arrefecimento
Resolução acoplada das equações de transferência de calor e da libertação de calor latente de solidificação, calculando as curvas de temperatura em função do tempo em cada parte da peça fundida, a sequência de solidificação e a distribuição da taxa de fase sólida. Identificar a localização de zonas de fase líquida isoladas e de pontos quentes, prever a tendência para a formação de cavidades e poros de contração, quantificar a probabilidade de defeitos através do critério de Niyama ou do método do gradiente da taxa de fase sólida, e orientar a disposição dos canais de alimentação e dos blocos de arrefecimento.
Gás de enrolamento e escória de oxidação
Utiliza o fluxo multifásico (método VOF) para acompanhar a interface entre o alumínio fundido e o gás, simulando o comportamento do gás durante o processo de enchimento do molde, nomeadamente a sua incorporação, fragmentação, aglomeração e subida. Fornece dados quantitativos sobre a localização do gás incorporado, a fração volumétrica do gás e a probabilidade de retenção, orientando a otimização da disposição dos canais de escape e dos tampões de escape, bem como o ajuste da curva de velocidade de vazamento.
Tensão e deformação
Combinando o campo térmico com o campo mecânico, calcula-se a distribuição das tensões térmicas, os níveis de tensões residuais e a deformação das peças fundidas durante os processos de solidificação e arrefecimento. Permite prever o risco de fissuras térmicas (com base no índice de sensibilidade às fissuras térmicas, HCS) e os desvios dimensionais, fornecendo uma base para a conceção da compensação da deformação inversa dos moldes e para a definição dos processos de tratamento térmico.
Pontos-chave da simulação CAE em três processos de fundição
Os mecanismos de enchimento e os padrões de defeitos variam significativamente consoante os diferentes processos de fundição, e os pontos-chave da análise e os critérios decisivos da simulação CAE têm ênfases distintas:
Simulação CAE de fundição sob pressão
Simulação CAE de fundição sob baixa pressão
Simulação CAE de fundição por gravidade
Cadeia de ferramentas de software de simulação CAE
A Hexin seleciona vários programas de simulação CAE especializados, de acordo com os diferentes processos de fundição e necessidades de análise, cada um com o seu foco específico, de forma a complementarem-se mutuamente:
| Nome do software | Principais pontos fortes | Processo aplicável | Funcionalidades em destaque | Tipo de grelha |
|---|---|---|---|---|
| MAGMASOFT | Alta precisão na análise da solidificação e das tensões, simulação precisa do campo de temperatura do molde | Fundição sob pressão, baixa pressão, por gravidade | Análise do equilíbrio térmico em múltiplos ciclos, previsão da microestrutura | FDM (Diferenciais Finitos) |
| ProCAST | Grande capacidade de acoplamento entre vários campos físicos e cálculos precisos de transferência de calor por radiação | Baixa pressão, por gravidade (incluindo moldes de areia) | Previsão de fissuras por calor, simulação da estrutura granular, compensação da deformação inversa | FEM – Método dos Elementos Finitos |
| Flow-3D | A maior precisão no rastreio de superfícies livres e simulação de enchimento a alta velocidade de ponta | fundição injectada | Método TruVOF, análise quantitativa do ar de arrastamento, rastreio da película de oxidação | FVM + FAVOR |
| AnyCasting | Fácil de utilizar, com resolução rápida, adequado para iterações rápidas | Gravidade, baixa pressão | Guia de otimização de entradas de injeção, comparação paralela de várias opções | FDM (Diferenciais Finitos) |
Fluxo de trabalho padrão para a análise de simulação CAE
A simulação CAE da Hexin segue normas padronizadasProcesso de análise em cinco etapas, garantir a repetibilidade dos resultados da simulação e o seu valor orientador para a engenharia:
Pré-processamento geométrico
Importar os modelos 3D das peças fundidas e dos moldes, extrair as regiões de fluido e de sólido do sistema de alimentação, da peça fundida e do molde, efetuar a malha (garantindo ≥3 camadas de malha para peças de paredes finas) e definir o coeficiente de transferência de calor na interface (peça fundida-molde: 500~2000 W/m²·K).
Materiais e condições de contorno
Selecionar a designação da liga de alumínio (A356 / A380 / ZL101, etc.), definir os parâmetros das propriedades térmicas (temperatura da linha de fase líquida, temperatura da linha de fase sólida, calor latente, curva de viscosidade) e configurar a temperatura de vazamento, a temperatura de pré-aquecimento do molde e a curva de velocidade/pressão de enchimento.
Cálculo da solução
Inicie o solucionador de acoplamento multiphysical e calcule, sucessivamente, o campo de fluxo de enchimento, o campo de temperatura e o processo de solidificação. Tempo de resolução típico: análise de enchimento por fundição sob pressão: 2 a 4 horas; análise de solidificação por fundição de baixa pressão: 4 a 8 horas (dependendo do número de malhas e da configuração do hardware).
Pós-processamento dos resultados
Visualização da sequência de enchimento, do campo de temperatura, da distribuição da taxa de solidificação, da localização de cavidades e poros, da fração volumétrica de gás residual e da distribuição de tensões. Extração de valores de critérios-chave (número de Niyama, fração volumétrica de gás residual, índice de sensibilidade à fissuração térmica) e geração de relatórios de previsão de defeitos.
Iteração na otimização do processo
Com base nos resultados da simulação, ajustar os parâmetros do sistema de injeção (área da entrada interna, posição do canal de transbordamento), os parâmetros de arrefecimento (caudal dos canais de arrefecimento, temperatura da água) ou os parâmetros do processo (temperatura de injeção, velocidade de enchimento) e realizar uma nova simulação para verificação, até que a previsão de defeitos cumpra os requisitos de qualidade.
Parâmetros-chave de simulação e condições de contorno
A precisão da simulação CAE depende em grande medidaA razoabilidade da definição das condições de contorno. Seguem-se os parâmetros-chave de simulação calibrados por He Xin com base em dados reais de produção, de modo a garantir que o desvio entre os resultados da simulação e os ensaios reais de moldagem se mantenha dentro de limites aceitáveis:
| Categorias de parâmetros | Nome do parâmetro | Valor típico / Intervalo | Impacto na precisão da simulação |
|---|---|---|---|
| Propriedades térmicas | A356 Temperatura da linha de fase líquida | 615 °C | Fatores que influenciam a determinação do ponto de início da solidificação |
| Propriedades térmicas | A356 Temperatura da linha de fase sólida | 555 °C | Fatores que influenciam o ponto final da solidificação e o tempo de fecho dos canais de compensação |
| Propriedades térmicas | Calor latente de solidificação (A356) | 389 kJ/kg | Influência no tempo de solidificação e no cálculo do campo de temperatura |
| Interface | Peças fundidas – Coeficiente de transferência de calor do molde | 500 a 2000 W/m²·K | Influência direta na velocidade de arrefecimento e na sequência de solidificação |
| Interface | Moldes - Coeficiente de transferência de calor da água de arrefecimento | 3000–8000 W/m²·K | Fatores que influenciam o equilíbrio térmico do molde |
| artes e ofícios | Temperatura de fundição (A356) | 700~740 °C | Fatores que influenciam a capacidade de enchimento e o tempo de solidificação |
| artes e ofícios | Temperatura de pré-aquecimento do molde | 180~250 °C (fundição sob pressão) / 150~200 °C (baixa pressão) | Fatores que influenciam a integridade do enchimento e a velocidade de solidificação |
| artes e ofícios | Velocidade de enchimento na fundição por injeção | 50 a 100 m/s (boca de injeção interna) | Fatores que influenciam o volume de ar do rolo e a qualidade da superfície |
| artes e ofícios | Pressão de manutenção de baixa pressão | 0,1 a 0,3 MPa | Fatores que influenciam a eficiência da retração e a tendência para a dilatação |
| Critérios | Niyama – Valor limiar | < 0,8~1,0 √K·s/mm | Limiar de avaliação da contracção; valores inferiores a este apresentam risco de contracção |
| Critérios | Fração volumétrica de gás residual | < 2% (peça de segurança) | Indicadores de quantificação de defeitos por poros |
| Critérios | Índice de Sensibilidade à Fissuração por Calor (HCS) | < 1,0 (baixo risco) | Limiares de avaliação do risco de fissuração por calor |
Perguntas frequentes sobre a tecnologia de simulação CAE
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Envie os desenhos dos seus produtos e os requisitos de processo; os engenheiros da Hexin realizarão, em simultâneo com a fase de conceção do molde, análises de simulação CAE e fornecerão um relatório detalhado de previsão de defeitos, bem como recomendações para a otimização do processo — os custos da simulação já estão incluídos no serviço de desenvolvimento de moldes, não havendo qualquer custo adicional.
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