在浇铸以及热裂问题判断的成功应用
在浇铸以及热裂问题判断的成功应用

 

加拿大能源技术中心材料科技实验室(CANMET-MTL),是加拿大自然资源部下属的一个部门,同时也是安大略渥太华市一个重要的研究机构。CANMET-MTL有在氢能源储藏和有毒气体感应方面的纳米技术研究项目。坐落于安大略省汉密尔顿的麦克马斯特大学的麦克马斯特创新园区,投资600万加元,用于协助多伦多和滑铁卢等地方大学的合作研究项目。
Simulations则是加拿大著名之工程技术服务厂商,与加拿大能源技术中心材料科技实验室于2004年开始参与共同合作,主要研究重点在于新浇注技术之开发与应用。

 

利用 FLOW-3D 进行工艺评估以及确认铸件热裂问题的产生

案例一、四圆柱棒钢模

FLOW-3D 案例一设定
1. 非牛顿流体
2. 紊流模型(RNG k-epsilon model)
3. 隐式热传解(Implicit)
4. 从充型开始至固化结束
5. 充型时间约35秒

 

解决无法填满模穴的方法 – 离心铸造
旋转速度设定:200 RPM
FLOW-3D 进行仿真

FLOW-3D 物理模型选择:非惯性参考坐标轴模型(Non-inertial  reference model)将旋转角速度的影响施加于浇铸过程中。

 

 

二、六圆柱棒浇铸(热裂问题评估)

 

问题描述:铸件在固化过程中发生断裂

 

固化过程中发生铸件断裂的问题检讨:

铸造过程中造成的应力集中以及铸件变形原因可能来自于:

  • 固化过程中,模具限制了铸件的收缩,而造成该区域断裂
  • 铸件固化过程中铸件各区域的温度差异过大,造成热应力集中断裂
  • 固液相转换时发生严重的体积收缩,铸件各个区域的收缩量不同造成铸件断裂

 

热应力发生的原因:

  • 铸件中各个区域因为收缩量不同造成温度差异
  • 由于温度的平衡影响,在这些区域开始造成应力集中
  • 如果固化过程中应力超过铸件材料固化时的拉伸应力,就会发生永久性的变形甚至是断裂

 

FLOW-3D 案例二设定:零速度场(仅做固化分析)、热传采用显式解计算(Explicit)

 

结果显示:(固化过程中之固化率分布,红色代表固化率 = 100% 的区域)

 

结果:温度差异最大的区域显示

结论: FLOW-3D 能够精确的预测重力铸造件充型的效果以及热裂问题的预测。