FLOW-3D中国分公司/三维流动贸易(上海)有限公司

应用FLOW-3D于砂模铸造的浇铸系统方案设计

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作者:J. A. Griffin & P. Scarber, Jr.
Casting Engineering Laboratory (CEL)
The University of Alabama at Birmingham

现有的问题:

在浇口的附近发生铸件缺陷

问题与讨论

  • 与铸造厂商检讨后,得知如果金属融汤的温度较高时,该缺陷问题会消除
  • 利用充型分析,先找出发生问题的可能因素
  • 分析参数确认

  • Class 30 Gray Iron Thermophysical Properties
  • Liquidus: 1518 K (2273 ° F)
  • Solidus: 1273 K (1832 ° F)
  • Pouring temperature: 1700 K (2600 ° F)
  • Pour height: 8 inches
  • 充型温度分布(注意:铸件上有一圈金属先进
    入模穴并且凝固)

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    充型温度分布(注意:铸件上有一圈金属先进
    入模穴并且凝固)

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    充型温度分布(当浇铸的位置稍微偏离竖浇道
    中心时,充型的方式会与前述浇铸不同)

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    充型温度分布(当浇铸的位置稍微偏离竖浇道
    中心时,充型的方式会与前述浇铸不同)

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    分析结果讨论

  • 目前的分析结果显示,当金属进入模穴时,会有一圈金属融汤进入上半模穴的区域。
  • 先进入的金属融汤由于比较快冷却,后面进入的金属可能无法将先进入的金属融化。
  • 仿真也显示浇铸的速度以及方式也会影响金属融汤的充型状况。

  • 以X-Ray实验进行验证

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    以实时的 x-ray 实验观察金属进入模具内的状况

    根据分析结果以及实验,得到下列结论

  • 浇铸方式的调整(位置及速度)可以避免金属发生喷溅形成提前凝固区域的问题。

  • 变更浇铸方式会是最好的方法(尽量减少人工调整的问题)

  • 新的浇铸系统

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  • 提出一种新的进料方式设计,能够在不大幅变更现有模具设计下,尽可能的减少金属喷溅的问题

  • 充型温度分布(新的浇铸系统设计)

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    充型温度分布(新的浇铸系统设计)

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    新的浇铸系统与旧的浇铸系统差异

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  • FLOW-3D可提供流体的表面积变化量,表面积变化量越大,代表该流场越紊乱,越可能造成充型过程中卷入气体。
  • 新的浇铸系统明显优于旧的浇铸系统设计。

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  • FLOW-3D提供的Velocity Bin Plot代表流体表面积变化时的速度大小。Surface Momentum以及Surface Kinetic越大,代表流场越紊乱.
  • 新的浇铸系统的表面移动速度仅为旧的浇铸系统的56%左右。

  • 研究结论

  • 旧有的浇铸系统经过仿真软件(FLOW-3D)的验证,以及采用X-ray video进行拍摄,判断初可能发生铸件缺陷的原因。
  • 分析显示问题的发生,可能在于浇铸过程中,有部分金属融汤提前进入模具并且提早凝固,后来进入模穴的金属融汤温度不足以融化该区域,导致该位置发生铸件缺陷。
  • 实时X-ray系统也观察到相同的状况。
  • 新的浇铸系统设计主要的考虑在于减少金属融汤的喷溅问题。
  • 新的浇铸系统分析结果显示,在充型过程中,新的浇铸系统:
    • Liquid free surface area 减少了1.5%
    • Surface Momentum减少了64%
    • Surface Kinetic减少了77%
  • 新的浇铸系统尚未完全最佳化,这仅是提出一个可解决问题的方向。
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