鑄造過程數(shù)值模擬及應(yīng)用實(shí)例

鑄造過程數(shù)值模擬及應(yīng)用實(shí)例演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日優(yōu)選鑄造過程數(shù)值模擬及應(yīng)用實(shí)例現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日內(nèi)容簡(jiǎn)要1.高力科公司概要2.關(guān)于鑄造CAE3.JSCAST的概要4.JSCAST的適用材質(zhì)及鑄造工藝5.實(shí)際案例解析現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日高力科公司概要?dú)v史1982年由小松公司全額出資設(shè)立（當(dāng)時(shí)：小松軟件開發(fā)）1986年鑄造方案CAE系統(tǒng)[SOLIDIA(即現(xiàn)在：JSCAST銷售開始)]1992年公司更名為小松軟件株式會(huì)社2000年股東構(gòu)成變更，成為TISGROUP的一員（ITS80％、小松20％）2003年2月公司名變更為高力科株式會(huì)社（英文名：QUALICAInc）現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日鑄造CAE運(yùn)用背景鑄造領(lǐng)域面臨以下現(xiàn)狀：產(chǎn)業(yè)的全球化導(dǎo)致了鑄造產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈。即：低成本化，短生產(chǎn)周期化，高品質(zhì)化。擺脫[憑傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試作來解決鑄造缺陷問題]的舊方法。熟練技術(shù)工人的高齡化，年輕技術(shù)人員的制造業(yè)脫離等社會(huì)現(xiàn)象導(dǎo)致了鑄造技術(shù)傳授的日趨苦難。

由于上述原因，鑄造工藝設(shè)計(jì)員渴望簡(jiǎn)單而又實(shí)用的鑄造模擬技術(shù)的出現(xiàn)。業(yè)務(wù)流程現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日J(rèn)SCAST的介紹

適用于各種鑄造工藝（重力鑄造、壓鑄、半固態(tài)鑄造、傾斜鑄造、低壓鑄造、精密鑄造等），對(duì)熔融金屬在鑄型內(nèi)的流動(dòng)，充填，冷卻，凝固等過程進(jìn)行數(shù)值模擬的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

在計(jì)算機(jī)屏幕上可實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄造工藝的科學(xué)評(píng)價(jià)，讓用戶在一下方面獲益：預(yù)測(cè)缺陷；節(jié)約能源；減少試生產(chǎn)的次數(shù)，降低模具的制作費(fèi)用；便于鑄造工藝知識(shí)的積累，傳授等。現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日J(rèn)SCAST在鑄造行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日J(rèn)SCAST系統(tǒng)各功能模塊現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日J(rèn)SCAST:按用戶的鑄造工藝分類現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日J(rèn)SCAST:按用戶類別分類現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日J(rèn)SCAST的概要三維CAD：STL實(shí)體模型的導(dǎo)入，重量計(jì)算，網(wǎng)格劃分等流動(dòng)與凝固過程的模擬解析開發(fā)：I.E.Solutions,Multi-Flow計(jì)算結(jié)果的顯示功能工程管理模塊CADI/O前處理器主計(jì)算器后計(jì)算器－要在鑄造技術(shù)人員的日常工作中得到廣泛的應(yīng)用：能夠在短時(shí)間內(nèi)，容易地輸入及編輯任何復(fù)雜鑄件的三維立體形狀可獲得用戶需要的實(shí)用預(yù)測(cè)精度便于鑄造工藝設(shè)計(jì)人員使用的「用戶友好」系統(tǒng)導(dǎo)入成本低擁有能及時(shí)回答用戶疑難問題的體制擁有采納用戶要求，及時(shí)進(jìn)行版本更新的體制。現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日STL輸入界面的概要（筆記本電腦外殼）提供鑄件的STL模型現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日J(rèn)SCAST在壓力鑄造中的應(yīng)用－縮孔缺陷的預(yù)測(cè)－金屬型溫度控制設(shè)計(jì)－充型流動(dòng)的可視化－考慮背壓流動(dòng)解析－AL縮孔縮松缺陷預(yù)測(cè)－套筒內(nèi)的流動(dòng)狀況－套筒的壽命預(yù)測(cè)（熱變形）現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日各種鑄造缺陷及適用的判據(jù)現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日金屬型溫度控制設(shè)計(jì)實(shí)例（1/2）舊方案（14條冷卻水管）使用脫模劑時(shí)的無脫模劑時(shí)溫度解析結(jié)果模具溫度解析結(jié)果根據(jù)溫度解析的結(jié)果、舊方案：

溫度過高→脫模劑附著性能下降→模具表面溫度必須降低70℃以上實(shí)際溫度測(cè)量結(jié)果現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日金屬型溫度控制設(shè)計(jì)實(shí)例（2/2）新方案（14條冷卻水管）溫度解析結(jié)果實(shí)際鑄造溫度測(cè)量結(jié)果模具內(nèi)冷卻水管：14→23金屬型表面溫度成功地控制在規(guī)定范圍內(nèi)提高了脫模劑的附著性能資料提供：東芝機(jī)械現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日規(guī)則－不規(guī)則混合網(wǎng)格解析提高薄壁鑄件、曲面形狀的解析精度在保持操作簡(jiǎn)單以及解析精度的同時(shí)，減少對(duì)使用者負(fù)擔(dān)的一種手法。在前處理器中和正交網(wǎng)格分割有相同的操作性；在制品內(nèi)部仍以正交網(wǎng)格分割、僅在曲面部分以及薄壁部分以不規(guī)則網(wǎng)格分割；流動(dòng)的數(shù)值解析方法，仍以直接差分法(DFDM)計(jì)算4面體網(wǎng)格5面體網(wǎng)格7面體網(wǎng)格現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日Mg合金壓力鑄造（筆記本電腦殼體）現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日筆記本電腦殼體充型動(dòng)畫現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日實(shí)際鑄件的驗(yàn)證實(shí)例（1/2）現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日實(shí)際鑄件的驗(yàn)證實(shí)例（2/2）現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的流動(dòng)解析

考慮到型腔未充填部分的氣體壓力（背壓）以及排氣孔或出氣通道的排氣度，以實(shí)現(xiàn)接近于實(shí)際的流動(dòng)模擬解析。

隨著金屬液的充填、鑄型內(nèi)未充滿部分的空氣被壓縮導(dǎo)致壓力上升，金屬液界面受到壓力的作用，此壓力被稱為背壓。

如果背壓很大，將會(huì)造成充填不良、氣體卷入等鑄造缺陷。防止此類鑄造缺陷的方法：增大鑄造壓力在鑄型上加孔道（排氣孔或出氣通道）現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓和卷氣的充型解析伴隨著熔液的流入，型腔內(nèi)的壓力上升熔液排氣孔熔液流入氣體加壓氣體由排氣孔等處流出流出量少氣體壓力增加將熔液推回現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的流動(dòng)解析的特征1)考慮由排氣孔和出氣通道的氣體排出2)甚至考慮到微量氣體的卷入3)預(yù)測(cè)由于鑄造壓力不足產(chǎn)生的充填不良4)氣體向著砂型的逃逸（正在開發(fā)，release時(shí)期未定）現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的流動(dòng)解析中各事項(xiàng)的假定及定義1)型腔未充滿部分的氣體交匯形成GasGroup（氣體團(tuán)）2)氣體為理想氣體，各GasGroup的氣體壓力、體積、密度、溫度相等3)氣體經(jīng)由排氣孔和出氣通道網(wǎng)格中定義的鑄件網(wǎng)格向外排氣4)排氣孔和出氣通道網(wǎng)格中定義的鑄件網(wǎng)格如果被熔液充滿，則不進(jìn)行排氣的計(jì)算?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日5)GasGroup內(nèi)不包含排氣孔和出氣通道的話→氣體缺陷6)在氣體缺陷團(tuán)內(nèi)，如果缺陷在網(wǎng)格尺寸以下的情況下，就在網(wǎng)格內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)Marker（標(biāo)記）進(jìn)行追蹤。如果Marker再次包含到GasGroup中則Marker消失7)Marker（微小氣體缺陷）的速度由周圍熔液的速度來推定，不考慮浮力。不考慮Marker之間的相互沖撞以及和內(nèi)壁表面接觸后的吸附。假定以及背壓的造型現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的充型解析（實(shí)例1）僅在左側(cè)上部開設(shè)排氣孔在兩側(cè)上部同時(shí)開設(shè)排氣孔資料提供：大阪大學(xué)現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的充型解析（實(shí)例2）－機(jī)動(dòng)車引擎蓋氣體卷入：缺陷和解析結(jié)果(a)實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果(b)模擬解析結(jié)果資料提供：大阪大學(xué)現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型資料提供：東芝機(jī)械㈱現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的充型解析（事例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時(shí)間：40ms現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時(shí)間：40ms＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：400cm/s切換時(shí)間：40ms現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時(shí)間：40ms現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：400cm/s切換時(shí)間：40ms考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時(shí)間：40ms現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時(shí)間：40ms現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日實(shí)際案例解析－滑枕武漢武重鑄鍛有限公司產(chǎn)品型號(hào)：TK6920零件號(hào)：20033零件名稱：滑枕技術(shù)要求：1、鑄件不允許有氣眼，夾砂，縮孔，裂紋等缺陷。2、鑄件進(jìn)行時(shí)效處理。3、未注鑄造圓角：R5~R10。4、法蘭盤T6916-20027，T6916-20028，8n6×20J44-1裝上后與導(dǎo)軌一起配磨。5、模型參考T6916-20076的模型?，F(xiàn)在是36頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日鑄造工藝鑄件毛重（Kg）：3800澆冒系統(tǒng)（Kg）：600澆注鐵水重（Kg）：4400爐料號(hào)：QT600-3出爐溫度℃：≥1400澆注溫度℃：1320~1340澆注時(shí)間（s）：60鑄件冷卻時(shí)間（h）：24∑F直=113cm2∑F橫=130.5cm2∑F內(nèi)=106cm2雨淋內(nèi)澆口：HZTJ1-35，L=300（共11個(gè)，芯盒刻定位）直澆口：HZTJ1-120，L=300（共1個(gè)，芯盒內(nèi)刻定位）冒口：30×100/80×150，l=150（共4個(gè)）現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日滑枕3D模型橫澆道直澆道內(nèi)澆道冷鐵鑄件冒口型芯現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日網(wǎng)格的剖分<網(wǎng)格形狀>

立方體網(wǎng)格<總網(wǎng)格數(shù)> 2505510<鑄件網(wǎng)格數(shù)>

304631<重力方向> Z軸負(fù)方向<終止條件>

流動(dòng)

充填率99.0[％]

凝固

凝固率100.0[％]現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日物理參數(shù)鑄件（FCD600）

澆口部位：1320

℃

型腔內(nèi)部空氣：10℃

液相線溫度：1180（℃）

固相線溫度：1140（℃）比熱 ：0.2(cal/g?℃）導(dǎo)熱系數(shù)：0.07（cal/cm?sec?℃）

凝固潛熱：50（cal/g）動(dòng)粘度系數(shù)：0.01（cm2/s）

密度：與溫度依存現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日物理參數(shù)砂型（SAND）

初期溫度：10（℃）

密度：1.5（g/cm3）

比熱：0.2（cal/g?℃）導(dǎo)熱系數(shù)：0.002（cal/cm?sec?℃冷鐵

初期溫度：10（℃）

密度：7.5（g/cm3）

比熱：0.16（cal/g?℃）導(dǎo)熱系數(shù)：0.08（cal/cm?sec?℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)[cal/cm2?sec?℃]FCD600SAND冷鐵空氣FCD600—0.010.20.0005SAND0.01—0.20.0005冷鐵0.20.2—0.2空氣0.20.2—0.2現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日計(jì)算條件（流動(dòng)）澆注速度：澆注溫度：現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日流動(dòng)解析結(jié)果－充填動(dòng)畫現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日凝固解析結(jié)果－凝固過程動(dòng)畫現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日凝固解析結(jié)果－凝固過程溫度分布現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日縮松缺陷可能發(fā)生的位置（區(qū)域1）判據(jù)：新山判據(jù)

Niyama于1982年提出的法(G一溫度梯度；R一凝固速度；K為常數(shù))，即新山判據(jù)。該判據(jù)認(rèn)為在忽略了氣體擴(kuò)散析出對(duì)縮孔、縮松的影響情況下，存在一個(gè)臨界值；當(dāng)時(shí)，該區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生縮松。

現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日縮松缺陷可能發(fā)生的位置（區(qū)域2）現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期日縮松缺陷可能發(fā)生的位置