应用 FLOW-3D 于重力铸造之进料区域卷气及气孔位置仿真
应用 FLOW-3D 于重力铸造之进料区域卷气及气孔位置仿真

 

创立于 1903 年的 Hydro Aluminum, 是全世界最大的高纯铝生产公司,也是全世界第三大的综合铝制品生产公司,公司总人数达三万六千人,在全世界四十个国家均设有据点。本文应用 FLOW-3D ,讨论在重力铸造过程中,进料区域的卷气形成原因。

 

重力铸造工艺是一种常用的铸造工艺。

                               典型的重力铸造模具

 

                                   进料系统设计

 

进料系统有两种常见的设计,设计 A 以及设计 B

             设计A                                                                                  设计B

 

现有问题描述:无论是设计 A or 设计 B,在浇口位置都会发生气孔

 

铸件发生缩孔的原因:

  n 凝固过程中,因为体积收缩造成的缩孔

  n 材料发生气体析出,造成的缩孔

  n 砂芯冒出的气体造成的缩孔

  n 充型过程中卷入的气体造成的缩孔

 

上述四种缩孔的解决方法检讨

  n 收缩缩孔

    n 凝固过程中考虑补缩的设计

  n 析出气体缩孔

    n 浇铸前让金属流体先完成气体析出

  n 砂芯冒气缩孔

    n 主要来自于黏接剂产生的气体

    n 大部分的缩孔以均匀的方式分布

  n 卷气缩孔

    n 铸造过程中发生低压区,气体从分模线位置被吸入

n 流道区域

n 浇口区域

    n 浇铸过程中,气泡会不停的产生

    n 发生的位置不见得是在刚开始流体进入的位置

 

问题检讨

影响卷入气体的原因探讨-1

1.     如果流道以及内浇口的位置压力比大气压力大 à 不可能从分模线吸入气体

2.     如果内浇口位置的流速相同 à 在每个内浇口位置应该会均匀的产生气泡

                                                                               Fig1. 浇口区域的流动速度分布

 

                                                                               Fig2. 流道系统的压力变化

 

 

影响卷入气体的原因探讨-2

  n 在竖浇道区域存在的气体

    n 这些气体会被冲下至流道区吗?

    n 如果这些气体被冲下至流道区域,并且进入浇口,这些气体会集中于某些区域?或者是均匀分布?

    n 气泡的尺寸大小会影响集中状况吗?

  n 分析模拟设定

    n 气泡于浇杯位置以均匀的速度产生

    n 密度: 空气密度的 10

    n 尺寸设计: 0.3 mm, 0.5 mm, 0.8 mm

    n 部分耦合(流体运动不会受到气泡影响) / 完全耦合(流体运动会受到气泡运动的影响

 

分析结果

                                                                      Fig3. 浇口设计A , 气泡尺寸 0.5mm, 完全耦合

 

                                                                  Fig4. 浇口设计A, 气泡尺寸 0.8mm, 完全耦合

 

                                                                    Fig5. 浇口设计B, 气泡尺寸 0.3mm, 完全耦合

 

                                                                    Fig6. 浇口设计B, 气泡尺寸 0.3mm, 部分耦合

 

                                                                    Fig7. 浇口设计B, 气泡尺寸 0.5mm, 完全耦合

 

                                                                    Fig8. 浇口设计B, 气泡尺寸 0.8mm, 完全耦合

 

作者:Andreas Buchholz